DE69832747T2

DE69832747T2 - Bilderzeugungsgerät

Info

Publication number: DE69832747T2
Application number: DE69832747T
Authority: DE
Inventors: Yasunori Ohta-ku Chigono; Yukio Ohta-ku Nagase; Harumi Ohta-ku Ishiyama; Jun Ohta-ku Hirabayashi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-03-05
Filing date: 1998-03-04
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2018-03-05
Also published as: US6128456A; DE69832747D1; EP0864936B1; EP0864936A3; EP0864936A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Bilderzeugungsvorrichtungen, wie Kopiergeräte oder Drucker.
Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Bilderzeugungsvorrichtungen, die mit Aufladesystemen vom Kontakttyp, Systemen vom Übertragungstyp und Tonerrecyclingsystemen kompatibel sind.
Vor der vorliegenden Erfindung wurde eine Aufladeeinrichtung vom Koronatyp (Koronaentladevorrichtung) in großem Umfang als Aufladevorrichtung zum Aufladen (einschließlich Entladen) des Bildträgerelementes, wie eines lichtempfindlichen elektrofotografischen Elementes oder eines dielektrischen elektrostatischen Aufzeichnungselementes, auf eine vorgegebene Polarität und ein vorgegebenes Potentialniveau in einer Bilderzeugungsvorrichtung, beispielsweise einer elektrofotografischen Vorrichtung oder einer elektrostatischen Aufzeichnungsvorrichtung, verwendet.
Bei einer derartigen Aufladevorrichtung vom Coronatyp handelt es sich um eine kontaktfreie Aufladevorrichtung, die eine Coronaentladeelektrode, wie eine Drahtelektrode, und eine Abschirmelektrode, die die Coronaentladeelektrode umgibt, aufweist. Sie ist so angeordnet, daß die Coronaentladeöffnung auf ein Bildträgerelement, d.h. ein aufzuladendes Objekt, gerichtet ist. Im Gebrauch wird die Oberfläche des Bildträgerelementes auf ein vorgegebenes Potentialniveau aufgeladen, indem sie einem Entladestrom (Coronaschauer) ausgesetzt wird, wenn eine Hochspannung zwischen die Coronaentladeelektrode und die Abschirmelektrode gelegt wird.
In den letzten Jahren wurde vorgeschlagen, eine Aufladevorrichtung vom Kontakttyp als Aufladevorrichtung zum Aufladen des Bildträgerelementes, d.h. des aufzuladenden Objektes, in einer Bilderzeugungsvorrichtung mit niedriger bis mittlerer Geschwindigkeit zu verwenden. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß eine Aufladevorrichtung vom Kontakttyp gegenüber einer Aufladevorrichtung vom Coronatyp in bezug auf eine geringe Ozonerzeugung, einen geringen Energieverbrauch o.ä. vorteilhaft ist. Eine derartige Aufladevorrichtung vom Kontakttyp wurde auch in der Praxis eingesetzt.
Um ein Objekt, wie ein Bildträgerelement, mit Hilfe einer Aufladevorrichtung vom Kontakttyp aufzuladen, wird das elektrisch leitende Aufladeelement (Aufladeelement vom Kontakttyp, Aufladevorrichtung vom Kontakttyp o.ä.) einer Vorrichtung vom Kontakttyp mit dem aufzuladenden Objekt in Kontakt gebracht und wird eine elektrische Vorspannung (Aufladevorspannung) eines vorgegebenen Pegels an dieses Aufladeelement vom Kontakttyp gelegt, so daß die Oberfläche des aufzuladenden Objektes auf eine vorgegebene Polarität und ein vorgegebenes Potentialniveau aufgeladen wird. Das Aufladeelement ist in verschiedenen Formen erhältlich, beispielsweise als Rollentyp (Aufladerolle), Pelzbürstentyp, Magnetbürstentyp, Blatttyp u.ä.
Wenn ein Objekt über ein Aufladeelement vom Kontakttyp elektrisch aufgeladen wird, treten in der Realität zwei Arten von Auflademechanismen in Aktion: (1) ein System, bei dem elektrische Ladung entladen wird, und (2) ein System bei dem Ladungen injiziert werden. Somit werden die Eigenschaften einer jeden Aufladevorrichtung oder eines jeden Aufladeverfahrens vom Kontakttyp durch das Aufladesystem bestimmt, das das Dominante von den beiden zum Aufladen des Objektes ist.
(1) Aufladesystem auf elektrischer Entladungsbasis
Dieses Aufladesystem ist ein Aufladesystem, bei dem die Oberfläche eines aufzuladenden Objektes zur elektrischen Entladung, die über einen mikroskopischen Spalt zwischen einem Aufladeelement vom Kontakttyp und dem aufgeladenen Objekt auftritt, aufgeladen wird.
Im Falle des Aufladesystems auf elektrischer Entladungsbasis gibt es eine Schwellenspannung, die von der an ein Aufladeelement vom Kontakttyp angelegten Aufladevorspannung überschritten werden muß, bevor eine elektrische Entladung zwischen einem Aufladeelement vom Kontakttyp und einem aufzuladenden Objekt stattfindet. Damit ein Objekt über das Aufladesystem auf elektrischer Entladungsbasis aufgeladen wird, ist es daher erforderlich, an das Aufladeelement vom Kontakttyp eine Spannung zu legen, deren Wert größer ist als der Wert des Potentialniveaus, auf das das Objekt aufgeladen werden soll. Wenn daher das Aufladesystem auf elektrischer Entladungsbasis in Betrieb ist, ist es unmöglich, die Erzeugung von Nebenprodukten der elektrischen Entladung, wie aktiven Ionen, beispielsweise Ozonionen, zu vermeiden. In der Realität lädt selbst eine Aufladevorrichtung vom Kontakttyp ein Objekt teilweise über das vorstehend beschriebene Ladungsentladesystem auf, so daß daher eine Aufladevorrichtung vom Kontakttyp nicht vollständig die Probleme beseitigen kann, die durch aktive Ionen, wie ionisiertes Ozon, verursacht werden.
(2) Direktladungsinjektionssystem
Dabei handelt es sich um ein System, bei dem die Oberfläche eines aufzuladenden Objektes aufgeladen wird, wenn elektrische Ladung direkt in das aufzuladende Objekt injiziert wird, und zwar mit Hilfe eines Aufladeelementes vom Kontakttyp. Dieses System wird somit als "Direktaufladesystem" oder "Ladungsinjektionssystem" bezeichnet. Genauer gesagt, ein Aufladeelement vom Kontakttyp mit mittlerem elektrischen Widerstand wird in Kontakt mit der Oberfläche eines aufzuladenden Objektes gebracht, um direkt elektrische Ladung in den Oberflächenabschnitt eines aufzuladenden Objektes zu inji zieren, ohne sich hierbei auf eine elektrische Entladung zu verlassen, mit anderen Worten ohne prinzipielle Anwendung einer elektrischen Entladung. Selbst wenn daher der Wert der an ein Aufladeelement vom Kontakttyp angelegten Spannung unter dem Entladungsstartspannungswert liegt, kann das aufzuladende Objekt auf einen Spannungspegel aufgeladen werden, der im wesentlichen dem Pegel der an das Aufladelement vom Kontakttyp angelegten Spannung entspricht.
Dieses Direktinjektionsaufladesystem leidet nicht unter den Problemen, die durch Nebenprodukte der elektrischen Entladung verursacht werden, da es nicht von einer Ozonerzeugung begleitet wird. Bei diesem Aufladesystem beeinflußt jedoch der Kontaktzustand zwischen einem Aufladeelement vom Kontakttyp und einem aufzuladenden Objekt stark die Art und Weise, in der das Objekt aufgeladen wird, da dieses Aufladesystem ein System ist, das direkt ein Objekt auflädt. Somit sollte dieses Direktinjektionsaufladesystem ein Aufladelement vom Kontakttyp umfassen, das aus einem Material mit hoher Dichte besteht, und sollte eine Konstruktion besitzen, die eine große Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Aufladeelement und dem aufzuladenden Objekt ermöglicht, so daß ein vorgegebener Punkt auf der Oberfläche des aufzuladenden Objektes mit einem größeren Bereich des Aufladeelementes in Kontakt tritt.
A) Aufladevorrichtung mit Aufladerolle
Im Falle einer Aufladevorrichtung vom Kontakttyp findet ein Rollenaufladesystem, d.h. ein Aufladesystem, bei dem eine elektrisch leitende Rolle (Aufladerolle) als Aufladeelement vom Kontakttyp eingesetzt wird, in großem Umfang Verwendung, da es eine wünschenswerte Sicherheit bietet.
Was das Aufladesystem in diesem Rollenaufladesystem vor der vorliegenden Erfindung anbetrifft, so ist hierbei das vorstehend erwähnte Aufladesystem (1), bei dem eine elektrische Ladung entladen wird, dominant.
Aufladerollen sind aus Gummi oder Schaummaterial mit beträchtlicher elektrischer Leitfähigkeit oder einem elektrischen Widerstand mittleren Niveaus geformt. Bei einigen Aufladerollen ist das Gummi- oder Schaummaterial beschichtet, um eine spezielle Eigenschaft zu erhalten.
Um einen stabilen Kontakt zwischen einer Aufladerolle und einem aufzuladenden Objekt (hiernach als "lichtempfindliches Element" bezeichnet) aufrechtzuerhalten, weist eine Aufladerolle Elastizität auf, wodurch wiederum der Reibungswiderstand zwischen der Aufladerolle und dem lichtempfindlichen Element erhöht wird. In vielen Fällen wird eine Aufladerolle durch die Drehung einer lichtempfindlichen Trommel gedreht oder wird unabhängig davon mit einer Geschwindigkeit angetrieben, die sich geringfügig von der der lichtempfindlichen Trommel unterscheidet. Aufgrund dieser Tatsache treten Probleme auf, daß das absolute Aufladeverhalten absinkt, der Kontaktzustand zwischen der Aufladerolle und der lichtempfindlichen Trommel weniger wünschenswert wird und Fremdmaterialien an der Aufladerolle und/oder dem lichtempfindlichen Element haften. Vor der vorliegenden Erfindung war das dominante Aufladesystem, über das ein Rollenaufladeelement ein Objekt aufgeladen hat, ein Aufladesystem, das elektrische Ladung entladen hat. Daher war es selbst mit Hilfe einer Aufladevorrichtung vom Kontakttyp unmöglich, eine ungleichmäßige Aufladung des lichtempfindlichen Elementes vollständig zu verhindern.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Effizienz der Aufladung vom Kontakttyp zeigt. Im Diagramm geben die Abszissen die an ein Aufladeelement vom Kontakttyp gelegte Vorspannung wieder, während die Ordinate die Potentialniveaus entsprechend den Spannungswerten der an das Aufladeelement vom Kontakttyp gelegten Vorspannung kennzeichnet. Die Charakteristik der Aufladung über eine Rolle ist durch eine Linie wiedergegeben, die mit dem Buchstaben A gekennzeichnet ist. Wenn gemäß dieser Linie eine Aufladerolle zum Aufladen eines Objektes verwendet wird, tritt das Aufladen des Objektes in einem Spannungsbereich über einem elektrischen Entladeschwellenwert von etwa –500 V auf. Um daher ein Objekt auf ein Potentialniveau von –500 V mit Hilfe einer Aufladerolle aufzuladen, wird entweder eine Gleichspannung von –1000 V oder eine Wechselspannung mit einer Spannung von Spitze zu Spitze von 1200 V zusätzlich zu einer Gleichspannung von –500 V an die Aufladerolle gelegt, um die Differenz im Potentialniveau zwischen der Aufladerolle und dem aufzuladenden Objekt auf einem Wert zu halten, der größer ist als der elektrische Entladeschwellenwert, so daß das Potential der lichtempfindlichen Trommel zum gewünschten Potentialniveau konvergiert.
Genauer gesagt, um eine lichtempfindliche Trommel mit einer 25 μm dicken organischen Fotoleiterschicht durch Pressen einer Aufladerolle auf das lichtempfindliche Element aufzuladen, sollte daher eine Aufladevorspannung mit einem Spannungswert von etwa 640 V oder mehr an die Aufladerolle gelegt werden. Wenn der Wert der Aufladevorspannung etwa 640 V oder mehr beträgt, ist das Potentialniveau an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes proportional zum Niveau der an die Aufladerolle gelegten Spannung und ist die Beziehung zwischen dem Potentialniveau und der an die Aufladerolle gelegten Spannung linear. Diese Schwellenspannung wird als Aufladestartspannung Vth definiert.
Mit anderen Worten, um die Oberfläche eines lichtempfindlichen Elementes auf ein Potentialniveau von Vd, das für die Elektrofotografie erforderlich ist, aufzuladen, ist eine Gleichspannung von (Vd + Vth), die höher ist als das Spannungsniveau, auf das das lichtempfindliche Element aufgeladen werden soll, erforderlich. Hiernach wird das vorstehend beschriebene Aufladeverfahren, bei dem nur eine Gleichspannung an ein Aufladeelement vom Kontakttyp gelegt wird, um ein Objekt aufzuladen, als "Gleichspannungsaufladeverfahren" bezeichnet.
Vor der vorliegenden Erfindung war es jedoch selbst mit Hilfe des Gleichspannungsaufladeverfahrens schwierig, das Potentialniveau eines lichtempfindlichen Elementes exakt auf ein Sollniveau zu bringen, da sich der Widerstandswert eines Kontaktaufladeelementes infolge von Umweltveränderungen o.ä. veränderte und sich auch die Schwellenspannung Vth mit zunehmendem Abrieb des lichtempfindlichen Elementes veränderte.
Als Gegenmaßnahme in bezug auf das vorstehend beschriebene Problem beschreibt die offengelegte japanische Patentanmeldung JP-A-63149669 eine Erfindung, die sich mit dem obigen Problem befasst, um eine gleichmäßigere Aufladung eines lichtempfindlichen Elementes zu erreichen. Gemäß dieser Erfindung findet ein "Wechselspannungsaufladeverfahren" Verwendung, bei dem eine zusammengesetzte Spannung aus einer Gleichspannungskomponente, die zu einem gewünschten Potentialniveau Vd äquivalent ist, und einer Wechselspannungskomponente mit einer Spitzen-Spitzen-Spannung, die doppelt so groß ist wie die Schwellenspannung Vth, an ein Aufladeelement vom Kontakttyp gelegt wird. Diese Erfindung soll den mittelnden Effekt von Wechselstrom ausnutzen. Bei dieser Erfindung wird bewirkt, daß das Potential eines aufzuladenden Objektes gegen Vd konvergiert, d.h. die Mitte der Peaks der Wechselspannung, ohne daß eine Beeinflussung durch externe Faktoren, wie die Betriebsumgebung, stattfindet.
Selbst im Falle der Aufladevorrichtung vom Kontakttyp der vorstehend beschriebenen Erfindung ist jedoch das prinzipielle Aufladesystem ein Aufladesystem, das von einer elektrischen Entladung von einem Aufladeelement vom Kontakttyp auf ein lichtempfindliches Element Gebrauch macht. Wie daher vorstehend beschrieben, muß die an das Aufladeelement vom Kontakttyp gelegte Spannung einen Spannungspegel besitzen, der höher ist als der Spannungspegel, auf den das lichtempfindliche Element aufgeladen werden soll. Somit wird Ozon erzeugt, obwohl nur in einer geringen Menge.
Wenn eine Wechselspannung verwendet wird, so daß ein Objekt infolge des mittelnden Effektes der Wechselspannung gleichmäßig aufgeladen wird, werden die mit einer Wechselspannung verbundenen Probleme offensichtlicher. Beispielsweise wird mehr Ozon erzeugt, nehmen die Geräusche zu, die auf die Vibration des Aufladelementes vom Kontakttyp und die lichtempfindliche Trommel zurückzuführen sind und vom elektrischen Feld der Wechselspannung erzeugt werden, und nimmt die Verschlechterung der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes, die durch die elektrische Entladung verursacht wird, zu, was zu den vorherigen Problemen hinzukommt.
B) Aufladevorrichtung mit Pelzbürste
Im Falle dieser Aufladevorrichtung wird ein Aufladeelement (Aufladevorrichtung vom Pelzbürstentyp) mit einem Bürstenabschnitt, der aus einer elektrisch leitenden Faser besteht, als Aufladeelement vom Kontakttyp verwendet. Der aus der elektrisch leitenden Faser bestehende Bürstenabschnitt wird mit einem lichtempfindlichen Element als aufzuladendem Objekt in Kontakt gebracht, und eine vorgegebene Aufladevorspannung wird an das Aufladeelement gelegt, um die Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes auf eine vorgegebene Polarität und ein vorgegebenes Potentialniveau aufzuladen.
Auch im Falle dieser Aufladevorrichtung mit einer Pelzbürste ist das dominante Aufladesystem das auf einer elektrischen Entladung basierende Aufladesystem.
Es gibt zwei Arten von Pelzbürsten-Aufladevorrichtungen, die in der Praxis eingesetzt werden: einen festen Typ und einen Rollentyp. Im Falle des festen Typs ist eine Faser mit einem mittleren elektrischen Widerstand in ein textiles Basismaterial zur Ausbildung eines Flors gewebt, und ein Stück von diesem Flor ist an einer Elektrode angeheftet. Beim drehbaren Typ ist der Flor um einen metallischen Kern gewickelt. Was die Faserdichte anbetrifft, so kann ein Flor mit einer Dichte von 100 Fasern/cm² relativ einfach erhalten werden. Eine derartige Dichte von 100 Fasern/cm² ist jedoch nicht ausreichend, um einen Kontaktzustand zu erzeugen, der beim direkten Aufladen eines Objektes zufriedenstellend ist. Um ein lichtempfindliches Element durch Direktaufladen desselben in zufriedenstellender Weise gleichmäßig aufzuladen, muß eine Geschwindigkeitsdifferenz, die nahezu unmöglich mit Hilfe einer mechanischen Konstruktion erhalten werden kann, zwischen einer lichtempfindlichen Trommel und einer Pelzbürste vom Rollentyp erzeugt werden. Daher ist diese Aufladevorrichtung vom Pelzbürstentyp nicht zweckmäßig.
Die Beziehung zwischen der an ein Aufladeelement vom Pelzbürstentyp gelegten Gleichspannung und dem Potentialniveau, auf das ein lichtempfindliches Element durch die an eine Pelzbürste angelegte Gleichspannung aufgeladen wird, besitzt eine durch die Linie B in 3 gekennzeichnete Charakteristik. Wie aus dem Diagramm deutlich wird, wird auch im Falle einer Aufladevorrichtung vom Kontakttyp, die eine Pelzbürste aufweist, ob diese nun vom festen Typ oder vom Rollentyp ist, das lichtempfindliche Element hauptsächlich über eine elektrische Entladung aufgeladen, die durch Anlegen einer Aufladevorspannung an die Pelzbürste, deren Spannungspegel höher ist als der für das lichtempfindliche Element gewünschte Spannungspegel, ausgelöst wird.
C) Aufladevorrichtung vom Magnetbürstentyp
Eine Aufladevorrichtung dieses Typs umfasst einen Magnetbürstenabschnitt (Aufladevorrichtung auf Magnetbürstenbasis) als Aufladeelement vom Kontakttyp. Die Magnetbürste wird von elektrisch leitenden magnetischen Partikeln gebildet, die durch eine magnetische Rolle o.ä. auf magnetische Weise in die Form einer Bürste eingegrenzt sind. Dieser Magnetbürstenabschnitt wird mit einem lichtempfindlichen Element als aufzuladendem Objekt in Kontakt gebracht, und eine vorgegebene Aufladevorspannung wird an die Magnetbürste gelegt, um die Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes auf eine vorgegebene Polarität und ein vorgegebenes Potentialniveau aufzuladen.
Im Falle dieser Aufladevorrichtung vom Magnetbürstentyp ist das dominante Aufladesystem das Direktaufladesystem (2).
Was das Material für den Magnetbürstenabschnitt anbetrifft, so finden elektrisch leitende magnetische Partikel Verwendung, deren Durchmesser in einem Bereich von 5-50 μm liegen. Durch die Erzeugung einer ausreichenden Differenz der Umfangsgeschwindigkeit zwischen einer lichtempfindlichen Trommel und einer Magnetbürste kann das lichtempfindliche Element direkt und gleichmäßig aufgeladen werden.
Im Falle einer Aufladevorrichtung vom Magnetbürstentyp wird das lichtempfindliche Element auf ein Potentialniveau aufgeladen, das im wesentlichen dem Spannungspegel der an das Aufladeelement vom Kontakttyp gelegten Vorspannung entspricht, wie durch Linie C in 3 gezeigt.
Eine Aufladevorrichtung vom Magnetbürstentyp hat jedoch ihre eigenen Probleme. Beispielsweise besitzt sie eine komplizierte Konstruktion. Auch trennen sich die elektrisch leitenden magnetischen Partikel, die den Magnetbürstenabschnitt bilden, von der Magnetbürste und haften an einem lichtempfindlichen Element.
Die japanische Patentanmeldung JP-A-6003921 beschreibt ein Aufladeverfahren vom Kontakttyp, bei dem ein lichtempfindliches Element durch Injizieren einer elektrischen Ladung in die ladungsinjizierbare Oberflächen schicht derselben, genauer gesagt in die Fangstellen oder elektrisch leitenden Partikel in der ladungsinjizierbaren Oberflächenschicht, aufgeladen wird. Da dieses Verfahren nicht auf einer elektrischen Entladung basiert, ist der Spannungspegel, der zum Aufladen des lichtempfindlichen Elementes auf ein vorgegebenes Potentialniveau erforderlich ist, im wesentlichen der gleiche wie das Potentialniveau, auf das das lichtempfindliche Element aufgeladen werden soll. Darüber hinaus wird kein Ozon erzeugt. Da keine Wechselspannung angelegt wird, sind keine mit dem Anlegen einer Wechselspannung verbundenen Geräusche vorhanden. Mit anderen Worten, ein Aufladesystem vom Magnetbürstentyp ist ein ausgezeichnetes Aufladesystem, das dem Aufladesystem vom Rollentyp in bezug auf die Ozonerzeugung und den Energieverbrauch überlegen ist, da es kein Ozon erzeugt und im Vergleich zum Aufladesystem vom Rollentyp weit weniger Energie benötigt.
D) Tonerrecyclingprozeß (reinigerfreies System)
Bei einer Bilderzeugungsvorrichtung vom Übertragungstyp wird der Toner, der auf der Umfangsfläche eines lichtempfindlichen Elementes (Bildträgerelementes) nach der Bildübertragung zurückbleibt, von einem Reiniger (Reinigungsvorrichtung) entfernt und wird zu Abfalltoner (siehe beispielsweise EP-A-0 747 780). Nicht nur aus offensichtlichen Gründen, sondern auch wegen des Umweltschutzes ist es wünschenswert, keinen Abfalltoner zu erzeugen. Somit sind Bilderzeugungsvorrichtungen entwickelt worden, die zu einem Toner-Recycling in der Lage sind. Bei einer derartigen Bilderzeugungsvorrichtung entfällt ein Reiniger, und der auf dem lichtempfindlichen Element nach der Bildübertragung zurückbleibende Toner wird von einer Entwicklungsvorrichtung von der lichtempfindlichen Trommel entfernt. Der restliche Toner auf dem lichtempfindlichen Element wird von einer Entwicklungsvorrichtung zurückgewonnen, und zwar zur gleichen Zeit, wie ein latentes Bild auf der lichtempfindlichen Trommel von der Entwicklungsvorrichtung entwickelt wird, wonach der Toner wieder zur Entwicklung verwendet wird.
Genauer gesagt, der Toner, der auf einem lichtempfindlichen Element nach der Bildübertragung zurückbleibt, wird über eine Trübungsbeseitigungsvorspannung (Spannungspegeldifferenz Vback zwischen dem Pegel der an eine Entwicklungsvorrichtung gelegten Gleichspannung und dem Pegel des Oberflächenpotentials eines lichtempfindlichen Elementes) während der nachfolgenden Bildübertragung zurückgewonnen. Bei diesem Reinigungsverfahren wird der restliche Toner von der Entwicklungsvorrichtung zurückgewonnen und für die nachfolgende Bildentwicklung und danach verwendet. Abfalltoner entfällt somit. Auf diese Weise wird die zur Wartung benötigte Arbeit verringert. Des weiteren ist ein System ohne Reiniger in bezug auf den Raumbedarf von Vorteil, so daß die Größe der Bilderzeugungsvorrichtungen beträchtlich reduziert werden kann.
Eine reinigerfreie Bilderzeugungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 ist aus der US-A-5 576 898 bekannt.
E) Beschichtung eines Aufladeelementes vom Kontakttyp mit elektrisch leitendem Pulver
Die offengelegte japanische Patentanmeldung JP-A-3103878 beschreibt eine Aufladevorrichtung vom Kontakttyp mit einer Konstruktion, bei der ein Aufladeelement vom Kontakttyp mit elektrisch leitendem Pulver auf der Oberfläche, die mit der Oberfläche eines aufzuladenden Objektes in Kontakt tritt, beschichtet ist, so daß die Oberfläche des aufzuladenden Objektes gleichmäßig, d.h. ohne Unregelmäßigkeiten der Ladung, aufgeladen wird. Das Aufladeelement vom Kontakttyp bei dieser Aufladevorrichtung wird durch die Drehung des aufzuladenden Objektes gedreht, und die Menge der durch diese Aufladevorrichtung erzeugten Ozonprodukte ist im Vergleich zur Menge der Ozonprodukte, die von einer Aufladevorrichtung vom Koronatyp, wie SUKOROTRON, erzeugt wird, ziemlich gering. Selbst im Falle dieser Aufladevorrichtung ist jedoch das Prinzip, auf dessen Basis ein Objekt aufgeladen wird, das gleiche wie das Prinzip, auf dessen Basis ein Objekt von der vorstehend beschriebenen Aufladerolle aufgeladen wird. Mit anderen Worten, ein Objekt wird durch elektrische Entladung aufgeladen. Um auch bei dieser Aufladevorrichtung sicherzustellen, daß ein aufzuladendes Objekt gleichmäßig aufgeladen wird, wird eine aus einer Gleichspannungskomponente und einer Wechselspannungskomponente zusammengesetzte Spannung an das Aufla deelement vom Kontakttyp gelegt, so daß daher die Menge der mit der elektrischen Entladung verbundenen Ozonprodukte relativ groß wird. Selbst bei dieser Aufladevorrichtung vom Kontakttyp können daher die folgenden Probleme auftreten: Beispielsweise werden die Bilder durch die Ozonprodukte so beeinflusst, daß sie zu fließen scheinen, wenn diese Aufladevorrichtung für eine ausgedehnte Zeitdauer verwendet wird, insbesondere wenn die Aufladevorrichtung in einer reinigerfreien Bilderzeugungsvorrichtung über eine ausgedehnte Zeitdauer eingesetzt wird.
Wie vorstehend in bezug auf die Techniken vor der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist es schwierig, ein Objekt mit Hilfe einer Aufladevorrichtung vom Kontakttyp mit einer einfachen Konstruktion, die ein Aufladeelement vom Kontakttyp, wie beispielsweise eine Aufladerolle oder eine Pelzbürste, aufweist, direkt aufzuladen, da die Umfangsfläche des Aufladeelementes vom Kontakttyp zu rauh ist, um einen im wesentlichen lückenfreien Kontaktzustand zwischen sich und einem Bildträgerelement als aufzuladendes Objekt zu erzeugen.

1) Daher war es wünschenswert, eine haltbare Konstruktion zu entwickeln, bei der ein einziges Aufladeelement vom Kontakttyp, wie beispielsweise eine Aufladerolle oder eine Pelzbürste, Verwendung findet und sie trotzdem in der Lage ist, ein Objekt direkt und gleichmäßig aufzuladen, und die nur eine geringe Spannung benötigt und im wesentlichen kein Ozon erzeugt.
2) Wenn eine Aufladevorrichtung vom Kontakttyp als Einrichtung zum Aufladen des Bildträgerelementes einer Bilderzeugungsvorrichtung, bei der ein Tonerrecyclingprozess Anwendung findet, verwendet wird, ist kein Reiniger zur Entfernung des auf der Umfangsfläche des Bildträgerelementes nach der Bildübertragung zurückbleibenden Toners vorhanden. Daher wird der restliche Toner auf dem Bildträgerelement zu einer Aufladestation, d.h. der Grenzfläche zwischen dem Bildträgerelement und dem Aufladeelement vom Kontakttyp, geführt, wenn die Umfangsfläche des Bildträgerelementes bewegt wird. Infolgedessen verunreinigt der restliche Toner das Aufladeelement vom Kontakttyp und wirkt sich störend auf den Prozeß aus, durch den die Ladung direkt vom Aufladeelement vom Kontakttyp in das Bildträgerelement injiziert wird, oder macht es praktisch unmöglich für das Bildträgerelement, daß dieses vom Aufladeelement vom Kontakttyp direkt aufgeladen wird. Wenn die Ladungsmenge, die das Bildträgerelement empfängt, nicht ausreicht, nimmt die Menge des Toners, der am Aufladeelement vom Kontakttyp haftet, zu, so daß das Aufladen des Bildträgerelementes weiter gestört und daher dieser unerwünschte Zyklus wiederholt durchgeführt wird. Die US-PS 5 432 037 beschreibt eine Erfindung, bei der elektrisch leitende Partikel in einen Entwickler gemischt werden, so daß selbst dann, wenn der Entwickler an einer Aufladerolle haftet, der Aufladevorgang nicht gestört wird. Auch in diesem Falle wird jedoch ein Bildträgerelement hauptsächlich durch elektrische Entladung aufgeladen, so daß daher ähnliche Probleme wie die vorstehend beschriebenen Probleme existieren.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine haltbare und zuverlässige Bilderzeugungsvorrichtung zu schaffen, bei der nur ein einziges Aufladeelement, wie eine Aufladerolle oder eine Faserbürste, Verwendung findet und die eine Entwicklungsvorrichtung besitzt, die auch als Reinigungseinrichtung wirkt, so daß selbst bei einer Verunreinigung des Aufladeelementes mit Toner, der nach der Bildübertragung zurückbleibt, die Aufladerolle durch die Entwicklungsvorrichtung gereinigt wird, so daß ein Bildträgerelement gleichmäßig aufgeladen werden kann.
Erfindungsgemäß wird das vorstehend genannte Ziel durch Schaffung einer Bilderzeugungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 erreicht. In den Unteransprüchen sind Weiterentwicklungen der Erfindung beschrieben.
Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlicher bei Betrachtung der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Hiervon zeigen:
1 einen schematischen Schnitt des Bildträgerelementes der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 einen vergrößerten schematischen Schnitt des Umfangsflächenabschnittes des lichtempfindlichen Elementes einer zweiten Ausführungsform, bei der die äußerste Schicht des lichtempfindlichen Elementes aus einer Ladungsinjektionsschicht gebildet wird;
3 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der an ein Aufladeelement vom Kontakttyp angelegten Gleichspannung und dem Potentialniveau des lichtempfindlichen Elementes entsprechend der angelegten Gleichspannung zeigt;
4 einen schematischen Schnitt der Bilderzeugungsvorrichtung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 einen schematischen Schnitt der Bilderzeugungsvorrichtung einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
6 eine Bilderzeugungsvorrichtung einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Es folgt nunmehr eine detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen.
Ausführungsform 1
1 ist ein schematischer Schnitt einer typischen Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei der Bilderzeugungsvorrichtung dieser Ausführungsform handelt es sich um einen Laserdrucker (Aufzeichnungsvorrichtung), bei dem ein elektrofotografischer Bilderzeugungsprozeß vom Übertragungstyp, ein Direktaufladesystem und ein Tonerrecyclingprozeß (reinigerfreies System) Anwendung finden.
(1) Generelle Konstruktion des Druckers
Mi dem Bezugszeichen 1 ist ein lichtempfindliches Element (negativ aufladbar) als Bildträgerelement bezeichnet. Das lichtempfindliche Element 1 hat die Form einer zylindrischen Trommel und umfasst einen organischen Fotoleiter. Es besitzt einen Durchmesser von 30 mm und wird im Uhrzeigersinn, wie durch einen Pfeil angedeutet, mit einer Umfangsgeschwindigkeit (Prozessgeschwindigkeit) von 50 mm/sec gedreht.
Mit 2 ist eine elektrisch leitende elastische Rolle (hiernach als "Aufladerolle" bezeichnet) als Aufladeelement vom Kontakttyp bezeichnet.
Eine Zwischenwiderstandsschicht 2b besteht aus einem Harz (beispielsweise Urethan), elektrisch leitenden Partikeln (beispielsweise Ruß), einem sulfurisierenden Mittel, einem Schaummmittel etc. und ist auf der Umfangsfläche des Metallkernes 2a angeordnet, um zusammen mit dem Metallkern 2 eine Rolle zu bilden. Nach dem Anordnen auf dem Metallkern 2a wird die Oberfläche der mittleren Widerstandsschicht 2b poliert, falls erforderlich, um die Aufladerolle 2, d.h. eine elektrisch leitende elastische Rolle mit einem Durchmesser von 12 mm und einer Länge von 250 mm, zu erhalten.
Der gemessene elektrische Widerstand der Aufladerolle 2 bei dieser Ausführungsform betrug 100 kΩ. Genauer gesagt, der Widerstand der Aufladerolle 2 wurde in der nachfolgenden Weise gemessen. Die Aufladerolle 2 wurde mit einer Aluminiumtrommel mit einem Durchmesser von 30 mm in Kontakt gebracht, so daß der Metallkern 2a der Aufladerolle 2 einer Gesamtbelastung von 1 kg ausgesetzt wurde, wonach der Widerstand der Aufladerolle 2 gemessen wurde, während eine Spannung von 100 V zwischen den Metallkern 2a und die Aluminiumtrommel gelegt wurde.
Bei dieser Ausführungsform ist es wichtig, daß die Aufladerolle 2, bei der es sich um eine elektrisch leitende elastische Rolle handelt, als Elektrode funktioniert. Mit anderen Worten, die Aufladerolle 2 muß in der Lage sein, einen wünschenswerten Kontaktzustand zwischen der Aufladerolle 2 und dem aufzuladenden Objekt zu erzeugen, ferner muß ihr elektrischer Widerstand ausreichend niedrig sein, um ein sich bewegendes Objekt aufzuladen.
Andererseits muß verhindert werden, daß Spannung durch fehlerhafte Abschnitte, beispielsweise feine Löcher, eines aufzuladenden Objektes leckt, falls derartige Defekte vorhanden sind. Wenn es sich bei dem aufzuladenden Objekt daher um ein lichtempfindliches elektrofotografisches Element handelt, muß der elektrische Widerstand der Aufladerolle 2 in einem Bereich von 10⁴ – 10⁷ Ω liegen, so daß ein zufriedenstellendes Aufladeverhalten und ein zufriedenstellender Leckwiderstand realisiert werden.
Wenn die Härte der Aufladerolle 2 zu gering ist, wird die Form der Aufladerolle 2 zu stabil, um den gewünschten Kontaktzustand zwischen der Aufladerolle 2 und dem aufzuladenden Objekt aufrechtzuerhalten. Wenn die Härte zu hoch ist, versagt die Aufladerolle 2 bei der Ausbildung eines gewünschten Aufladespaltes zwischen sich und dem aufzuladenden Objekt. Ferner wird der Kontaktzustand zwischen der Aufladerolle 2 und dem aufzuladenden Objekt innerhalb des Aufladespaltes in bezug auf das mikroskopische Niveau schlechter. Der wünschenswerte Härtebereich für die Aufladerolle 2 beträgt daher 25 – 50° der Asker-C-Skala.
Das Material für die Aufladerolle 2 ist nicht auf das vorstehend beschriebene elastische Schaummaterial beschränkt. Zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Material ist es möglich, EPDM, Urethan, NBR, Silikonkautschuk, IR u.ä. zu verwenden, in die elektrisch leitende Partikel, wie Ruß oder Metalloxidpartikel, dispergiert sind. Ferner sind auch die Schaumversionen dieser Materialien geeignet. Der Widerstand der Materialien kann auch mit Hilfe von ionenleitendem Material anstelle des Dispergierens der elektrisch leitenden Partikel eingestellt werden.
Die Aufladerolle 2 wird mit dem lichtempfindlichen Element 1 als aufzuladendem Objekt in Kontakt gebracht, wobei sie entgegen ihrer eigenen Elastizität mit einem vorgegebenen Kontaktdruck gepresst wird. In 1 ist mit n ein Kontaktspalt zwischen dem lichtempfindlichen Element 1 und der Aufladerolle 2, d.h. der Aufladespalt, bezeichnet. Die Breite dieses Aufladespaltes beträgt 3 mm. Bei dieser Ausführungsform wird die Aufladerolle 2 in der durch einen Pfeil angedeuteten Richtung im Uhrzeigersinn mit etwa 80 UpM gedreht, so daß sich die Umfangsflächen der Aufladerolle 2 und des lichtempfindlichen Elementes 1 mit der gleichen Geschwindigkeit in den entgegengesetzten Richtungen im Aufladespalt n bewegen. Mit anderen Worten, die Aufladerolle 2 und das lichtempfindliche Element 1 werden so angetrieben, daß eine Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der Oberfläche der Aufladerolle 2 als Aufladeelement vom Kontakttyp und der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 als aufzuladendem Objekt besteht.
An den Metallkern 2a der Aufladerolle 2 wird eine Gleichspannung von –700 V als Aufladevorspannung von einer Aufladevorspannungsanlegestromquelle 51 gelegt. Bei dieser Ausführungsform wird die Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 gleichmäßig auf Potentialniveau (–680 V) aufgeladen, das im wesentlichen dem Pegel der an die Aufladerolle 2 durch ein Direktaufladesystem gelegten Spannung entspricht. Dieser Prozeß wird später im einzelnen beschrieben.
Mit 3 ist ein Laserstrahlscanner (Belichtungsvorrichtung) bezeichnet, der eine Laserdiode, einen Polygonspiegel u.ä. besitzt. Dieser Laserstrahlscanner emittiert einen Abtaststrahl aus Laserlicht L, dessen Intensität mit seriellen digitalen elektrischen Signalen moduliert wird, die durch Digitalisieren der optischen Information eines Sollbildes erzeugt werden, wobei der Abtaststrahl die gleichmäßig aufgeladene Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 abtastet oder belichtet. Infolgedessen wird ein latentes elektrostatisches Bild, das der optischen Information des Sollbildes entspricht, auf der Umfangsfläche des zylindrischen lichtempfindlichen Elementes 1 ausgebildet.
Mit 4 ist eine Entwicklungsvorrichtung bezeichnet. Das latente elektrostatische Bild auf der Umfangsfläche des lichtempfindlichen zylindrischen Elementes 1 wird von dieser Entwicklungsvorrichtung in ein Tonerbild entwickelt. Bei dieser Entwicklungsvorrichtung 4 handelt es sich um eine Vorrichtung vom reversen Typ, bei der ein dielektrischer Einzelkomponententoner (negativer Toner) Verwendung findet. Mit 4a ist eine nichtmagnetische Entwicklungshülse als Entwicklerträgerelement bezeichnet, die einen Magneten 4b beherbergt. Der negative Toner 4d wird von einem Regulierblatt 4c, das eine dünne Schicht ausbildet, auf diese Entwicklungshülse 4a aufgebracht. Während der Entwickler 4b vom Regulierblatt 4c auf die Entwicklungshülse 4a aufgebracht wird, werden die Tonerpartikel im Entwickler 4d aufgeladen. Wenn sich die Hülse 4a weiterdreht, wird der auf der zylindrischen Entwicklungshülse 4a schichtweise angeordnete Entwickler zu einem Entwicklungsbereich (Entwicklungsstation) geführt, in dem der Abstand zwischen den Umfangsflächen des lichtempfindlichen Elementes 1 und der Hülse 4a am geringsten ist. An die Entwicklungshülse 6a wird von einer Entwicklungsvorspannungsanlegestromquelle S2 eine Entwicklungsvorspannung angelegt. Bei dieser Entwicklungsvorspannung handelt es sich um eine aus einer Gleichspannung von –500 V und einer Wechselspannung mit einer Frequenz von 1800 Hz und einer Spitzen-Spitzen-Spannung von 1600 Hz und einer rechteckigen Wellenform zusammengesetzten Spannung. Wenn die Entwicklungsvorspannung an die Entwicklungshülse 4a gelegt wird, wird das latente elektrostatische Bild auf dem lichtempfindlichen Element 1 über den Toner entwickelt.
Der Entwickler 4d ist ein Gemisch aus Toner t und Partikeln m zur Erleichterung der Aufladung (Aufladeunterstützungspartikeln). Der Toner t besteht aus einem Bindemittelharz, magnetischen Partikeln und einem Ladungssteuermittel, wobei er durch Mischen, Pulverisieren und Klassieren erzeugt wird. Diesem Toner werden Partikel m zur Erleichterung der Aufladung und ein Fluidisiermittel zugesetzt, um den Entwickler 4d zu bilden. Der gewichtsgemittelte Durchmesser (D4) des Toners t beträgt 7 μm. Die Partikel m zur Erleichterung der Aufladung, die bei dieser Ausführungsform Verwendung finden, sind elektrisch leitende Zinkoxidpartikel mit einem durch schnittlichen Durchmesser von 3 μm. Das Mischungsverhältnis zwischen dem Toner t und den Partikeln zur Erleichterung der Aufladung beträgt 100 Gewichtsteile zu 2 Gewichtsteilen.
Bei dieser Ausführungsform finden elektrisch leitende Zinkoxidpartikel als Partikel m zur Erleichterung der Aufladung Verwendung. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser dieser Partikel einschließlich der Sekundärpartikel beträgt 3 μm, während ihr spezifischer Widerstand 10⁶ Ωcm beträgt.
Für das Material der Partikel m zur Erleichterung der Aufladung können auch viele andere elektrisch leitende Partikel Verwendung finden, beispielsweise andere Metalloxide als das vorstehend erwähnte Zinkoxid und ein Gemisch aus elektrisch leitenden Partikeln und organischen Materialien.
Der spezifische Widerstand der Partikel m zur Erleichterung der Aufladung sollte nicht mehr als 10¹² Ωcm, vorzugsweise nicht mehr als 10¹⁰ Ωcm betragen, da die elektrische Aufladung über die Partikel m zur Erleichterung der Aufladung erfolgt.
Der spezifische Widerstand der Partikel m zur Erleichterung der Aufladung wird unter Anwendung eines Tablettenverfahrens erhalten. Dabei wird zuerst ein Zylinder hergestellt, der eine Bodenbereichsgröße von 2,26 cm² besitzt. Dann werden 0,5 g einer Materialprobe im Zylinder zwischen den oberen und unteren Elektroden angeordnet, und der Widerstand des Materiales wird gemessen, indem 100 V zwischen die oberen und unteren Elektroden gelegt wird, während das Material zwischen den oberen und unteren Elektroden mit einem Druck von 15 kg kompaktiert wird. Danach wird der spezifische Widerstand des Probenmateriales aus den Messergebnissen über Normalisierung berechnet.
Um ein Objekt gleichmäßig aufzuladen, sollte der durchschnittliche Durchmesser der Partikel 3 zur Erleichterung der Aufladung nicht mehr als 50 m betragen. 10 nm stellt im Hinblick auf die Stabilität der Partikel 3 zur Erleichterung der Aufladung die untere Grenze dar.
Wenn die Partikel m zur Erleichterung der Aufladung die Form einer Granalie besitzen, wird der Durchmesser der Granalie als durchschnittlicher Durchmesser der Granalien zur Erleichterung der Aufladung definiert.
Der Durchmesser der Granalien zur Erleichterung der Aufladung wird nach dem folgenden Verfahren ermittelt. Zuerst werden 100 oder mehr Granalien mit Hilfe eines optischen oder elektronischen Mikroskops erfasst, und es werden ihre maximalen Sehnenlängen in Horizontalrichtung gemessen. Dann wird die volumetrische Partikelverteilung aus dem Messergebnis berechnet. Auf der Basis dieser Verteilung wird ein durchschnittlicher Granaliendurchmesser von 50 % berechnet und als durchschnittlicher Granaliendurchmesser der Granalien zur Erleichterung der Aufladung verwendet.
Wie vorstehend beschrieben, befinden sich die Partikel m zur Erleichterung der Aufladung sowohl im Primärzustand, d.h. Pulverzustand, als auch im Sekundärzustand, d.h. Granularzustand. Kein Zustand erzeugt dabei ein Problem. Ob sich die Partikel zur Erleichterung der Aufladung nunmehr im Pulverzustand oder im granularen Zustand befinden, der Zustand der Partikel zur Erleichterung der Aufladung spielt solange keine Rolle, wie diese Partikel zur Erleichterung der Aufladung dienen können.
Die Partikel m zur Erleichterung der Aufladung sind vorzugsweise farblose und transparente oder virtuell farblose und transparente Partikel, so daß sie nicht zu einem Hindernis werden, wenn sie zur Erleichterung des Prozesses verwendet werden, bei dem ein lichtempfindliches Element 1 belichtet wird, um ein latentes Bild zu erzeugen. Dies ist ziemlich wichtig im Hinblick auf die Tatsache, daß die Partikel m zur Erleichterung der Aufladung vom lichtempfindlichen Element 1 auf einen Aufzeichnungsbogen P übertragen werden können, wenn ein Bild in Farbe aufgezeichnet wird. Damit ein Belichtungsstrahl durch die Partikel zur Erleichterung der Aufladung gestreut wird, während das lichtempfindliche Element 1 belichtet wird, sollte die Größe der Partikel zur Erleichterung der Aufladung geringer sein als die Bildelementgröße. Ferner sollten die Partikel m zur Erleichterung der Aufladung nicht magnetisch sein.
Mit 5 ist eine Übertragungsrolle mit mittlerem elektrischen Widerstand bezeichnet. Sie bildet einen Übertragungsspalt b an einem Punkt, an dem sie mit einem vorgegebenen Druck gegen die Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 gepreßt wird. In diesen Übertragungsspalt b wird ein Bogen eines Aufzeichnungsmediums oder ein Übertragungsbogen P, der von einem nicht dargestellten Blattzuführabschnitt abgegeben wird, eingeführt, während eine Übertragungsvorspannung mit einem vorgegebenen Spannungsniveau von einer Übertragungsvorspannungsanlegestromquelle S3 an die Übertragungsrolle 5 gelegt wird. Auf diese Weise wird das Tonerbild auf der Seite des lichtempfindlichen Elementes 1 sequentiell von einem Ende zum anderen auf die Oberfläche des in den Übertragungsspalt b eingeführten Übertragungsbogens P übertragen. Bei dieser Ausführungsform beträgt der elektrische Widerstand der Überragungsrolle 5 5 × 10⁸ Ω, und das Tonerbild wird übertragen, indem eine Gleichspannung von + 2000 V an die Übertragungsrolle 5 gelegt wird. Während der Bildübertragung wird der Übertragungsbogen P in den Übertragungsspalt b geführt, und das Tonerbild, das auf der Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 ausgebildet und gehalten wurde, wird sequentiell von einem Ende des Bildes bis zum anderen Ende durch die elektrostatische Kraft und den Spaltdruck auf die Oberseite des Übertragungsbogens P übertragen, während der Übertragungsbogen P durch den Übertragungsspalt b gefördert wird, wobei er zwischen der Übertragungsrolle 5 und dem lichtempfindlichen Element 1 eingeklemmt ist.
Mit dem Bezugszeichen 6 ist eine Fixiervorrichtung bezeichnet. Nach der Einführung in den Übertragungsspalt b und Aufnahme des vom lichtempfindlichen Element 1 über tragenen Tonerbildes wird der Übertragungsbogen P von der Umfangsfläche des zylindrischen lichtempfindlichen Elementes 1 getrennt und dann in die Fixiervorrichtung 6 geführt, in der das Tonerbild permanent am Übertragungsbogen P fixiert wird. Danach wird der Übertragungsbogen P von der Vorrichtung als Druck oder Kopie abgegeben.
Bei dem Drucker dieser Ausführungsform handelt es sich um einen reinigerfreien Typ. Somit wird der restliche Toner oder der Toner, der auf der Umfangsfläche des zylindrischen lichtempfindlichen Elementes 1 nach der Übertragung des Tonerbildes auf einen Übertragungsbogen P zurückbleibt, nicht von einem Reiniger entfernt, sondern statt dessen zur Stelle der Aufladerolle 2 oder des Aufladespaltes geführt. Im Aufladespalt wird die Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1, auf der der restliche Toner vorhanden ist, aufgeladen. Wenn das lichtempfindliche Element 1 weitergedreht wird, wird ein latentes Bild auf der Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 ausgebildet, das immer noch den restlichen Toner nach der Aufladung trägt. Wenn das lichtempfindliche Element 1 weitergedreht wird, wird der restliche Toner in die Entwicklungsstation a geführt, in der er von der Entwicklungsvorrichtung zur gleichen Zeit, wie das latente elektrostatische Bild entwickelt wird, entfernt (rückgewonnen) wird. Mit anderen Worten, zur gleichen Zeit, wie ein reinigendes elektrisches Feld, das den restlichen Toner von den Dunkelbereichen des lichtempfindlichen Elementes 1 auf die Entwicklungshülse 6b überträgt, erzeugt wird, wird ein elektrisches Feld erzeugt, das den Toner von der Entwicklungshülse 6b an den hellen Bereichen des lichtempfindlichen Elementes 1 zur Haftung bringt.
(2) Direktaufladung des lichtempfindlichen Elementes 1

a) Die elektrisch leitenden Partikel m zur Erleichterung der Aufladung, die im Entwickler 4b in der Entwicklungsvorrichtung 4 enthalten sind, werden in einer geeigneten Menge auf das lichtempfindliche Element 1 übertragen, wenn das latente elektrostatische Bild auf dem lichtempfindlichen Element 1 von der Entwicklungsvorrichtung 4 mit Hilfe von Toner entwickelt wird.

Im Übertragungsspalt b wird das Tonerbild auf dem lichtempfindlichen Element 1 durch die Übertragungsvorspannung beeinflusst, d.h. an den Übertragungsbogen P angezogen, und aggressiv auf einen Übertragungsbogen P übertragen. Die Partikel m zur Erleichterung der Aufladung auf dem lichtempfindlichen Element 1 werden jedoch nicht auf aggressive Weise auf den Übertragungsbogen P übertragen und verbleiben auf der Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 und haften an dieser, da sie elektrisch leitend sind. Darüber hinaus wird durch das Vorhandensein der Partikel m zur Erleichterung der Aufladung, die auf der Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 bleiben und praktisch an dieser haften, die Effizienz, mit der das Tonerbild vom lichtempfindlichen Element 1 auf den Übertragungsbogen P übertragen wird, verbessert.
Bei der Bilderzeugungsvorrichtung dieser Ausführungsform, bei der ein Tonerrecyclingprozeß Anwendung findet, mit anderen Worten kein Reiniger verwendet wird, werden der Toner und die die Aufladung vereinfachenden Partikel m, die auf der Umfangsfläche der lichtempfindlichen Trommel 1 nach der Bildübertragung zurückbleiben, in einfacher Weise durch die Drehung des lichtempfindlichen Elementes 1 zum Aufladespalt n, d.h. der Grenzfläche zwischen dem lichtempfindlichen Element 1 und der Aufladerolle 2 als Aufladeelement vom Kontakttyp, gefördert und haften dann an der Aufladerolle 2.
Daher wird das lichtempfindliche Element 1 in Gegenwart der die Aufladung erleichternden Partikel m an der Grenzfläche zwischen dem lichtempfindlichen Element 1 und der Aufladerolle 2 direkt aufgeladen. Wenn die Aufladerolle 2 zum erstenmal verwendet wird, wird die Umfangsfläche derselben nicht mit den die Aufladung erleichternden Partikel versorgt, so daß daher die Umfangsfläche der Aufladerolle 2 vor dem Starten eines Druckvorganges mit den die Aufladung erleichternden Partikeln beschichtet wird.
Durch die Gegenwart der die Aufladung erleichternden Partikel wird selbst dann, wenn Toner in den Aufladespalt eindringt und an der Aufladerolle 2 haftet, der wünschenswerte Kontaktzustand zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 in bezug auf physikalische Lücken und den elektrischen Widerstand aufrechterhalten. Daher wird das lichtempfindliche Element 1 trotz der Verunreinigung der Aufladerolle 2 mit restlichem Toner und trotz der Tatsache, daß das Aufladeelement vom Kontakttyp in einfacher Weise ausgebildet ist, beispielsweise durch die Aufladerolle 2, direkt und in wünschenswerter Weise durch die Aufladerolle aufgeladen.
Mit anderen Worten, die Aufladerolle 2 kann in wünschenswerter Weise über die die Aufladung erleichternden Partikel 3 im Aufladespalt n elektrisch mit dem lichtempfindlichen Element 1 in Kontakt gebracht werden. Genauer gesagt, die im Aufladespalt n, d.h. dem Kontaktspalt zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1, vorhandenen die Aufladung erleichternden Partikel 3 reiben die Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 und lassen auf diese Weise keinen Spalt zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 zurück. Somit wird Ladung tatsächlich direkt in das lichtempfindliche Element 1 injiziert. Die Gegenwart der die Aufladung erleichternden Partikel 3 macht den Direktauflademechanismus (Ladungsinjektion) dominant, der nicht auf einer elektrischen Entladung basiert, und ist daher zuverlässig und sicher in bezug auf die Aufladung des lichtempfindlichen Elementes 1 mit Hilfe der Aufladerolle 2. Somit kann bei dieser Ausführungsform eine hohe Effizienz in bezug auf die Aufladung eines lichtempfindlichen Elementes erreicht werden, die mit Hilfe einer Aufladerolle vor der vorliegenden Erfindung nicht realisiert werden konnte. Das lichtempfindliche Element 1 wird auf ein Potentialniveau aufgeladen, das im wesentlichen dem Pegel der an die Aufladerolle 2 gelegten Spannung entspricht.
Der Toner, der auf dem lichtempfindlichen Element 1 zurückbleibt und an der Aufladerolle 2 haftet, wird allmählich von der Aufladerolle 2 auf das lichtempfindliche Element 1 ausgestoßen, zur Entwicklungsstation a gefördert, wenn sich das lichtempfindliche Element 1 dreht, und dann von der Entwicklungsvorrichtung 4 zur gleichen Zeit, wie das latente Bild entwickelt wird, in der Entwicklungsstation a rückgewonnen (gereinigt).
Natürlich fällt eine bestimmte Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m, die an der Aufladerolle 2 haften, von der Aufladerolle 2 herab. Solange jedoch die Bilderzeugungsvorrichtung in Betrieb ist, werden die die Aufladung erleichternden Partikel m, die im Entwickler 4d in der Entwicklungsvorrichtung 4 enthalten sind, weiterhin auf die Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 übertragen, in der Entwicklungsstation a zum Übertragungsspalt b und dann zum Aufladespalt n gefördert, wenn sich das lichtempfindliche Element 1 dreht, und auf die Aufladerolle 2 übertragen. Daher wird das Vorhandensein der die Aufladung erleichternden Partikel m im Aufladespalt n sichergestellt, so daß in wünschenswerter Weise das lichtempfindliche Element 1 aufgeladen wird.
Somit ist es bei dieser Ausführungsform möglich, eine Bilderzeugungsvorrichtung zu schaffen, die auf einem Aufladesystem vom Kontakttyp, einem Übertragungssystem und einem Tonerrecyclingprozeß basiert, eine einfache Konstruktion besitzt und trotzdem haltbar und zuverläs sig ist, mit niedrigen Kosten verbunden ist, eine relativ niedrige Spannung benutzt, um das lichtempfindliche Element aufzuladen, im wesentlichen kein Ozon erzeugt, so daß daher keines der mit Ozon verbundenen Probleme, wie eine unzureichende Aufladung des lichtempfindlichen Elementes, auftritt, und die trotzdem in der Lage ist, trotz der Verunreinigung der Aufladerolle 2 mit dem Toner, der nach der Bildübertragung auf dem lichtempfindlichen Element 1 zurückbleibt, das Bildträgerelement direkt und in wünschenswerter Weise aufzuladen.

b) Unter Verwendung einer einfachen und trotzdem wirksamen Einrichtung wird sichergestellt, daß die die Aufladung erleichternden Partikel m immer an der Grenzfläche zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 vorhanden sind und daher die Aufladerolle 2 und das lichtempfindliche Element 1 infolge eines Schmiereffektes (Reibungsverringerungseffektes) der die Aufladung erleichternden Partikel m einen Unterschied in der Umfangsgeschwindigkeit aufweisen können.

Da sich die Aufladerolle 2 und die lichtempfindliche Trommel 1 virtuell in Kontakt miteinander mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten drehen können, wird die Frequenz, mit der die die Aufladung erleichternden Partikel m in Kontakt mit einem vorgegebenen Punkt der Umfangsfläche der lichtempfindlichen Trommel 1 an der Grenzfläche zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 treten, drastisch verbessert. Mit anderen Worten, es wird ein besonders wünschenswerter Kontaktzustand zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 realisiert. Daher wird das lichtempfindliche Element 1 in einfacher und echter direkter Weise aufgeladen.
Was die Konstruktion anbetrifft, die für die Aufladerolle 2 eine Differenz in der Umfangsgeschwindigkeit gegenüber dem lichtempfindlichen Element 1 ermöglicht, so sollte die Aufladerolle 2 in einer Richtung gedreht werden, die bewirkt, daß sich die Umfangsflächen der Aufladerolle 2 und des lichtempfindlichen Elementes 1 an ihrer Grenzfläche in entgegengesetzten Richtungen bewegen, so daß der restliche Toner, d.h. der Toner, der auf dem lichtempfindlichen Element 1 nach der Bildübertragung zurückbleibt und zum Aufladespalt n gefördert wird, vorläufig auf die Aufladerolle 2 übertragen wird. In dieser Anordnung wird das lichtempfindliche Element 1 aufgeladen, nachdem der restliche Toner auf dem lichtempfindlichen Element 1 vorläufig vom lichtempfindlichen Element entfernt wurde, so daß daher das lichtempfindliche Element 1 wirksamer aufgeladen wird.
Wenn die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m zwischen dem lichtempfindlichen Element 1 als Bildträgerelement und der Aufladerolle 2 als Aufladeelement vom Kontakttyp im Aufladespalt n extrem gering ist, ist der Schmiereffekt von den die Aufladung erleichternden Partikeln m nicht ausreichend. Infolgedessen bleibt die Reibung zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 relativ groß, was es für die Aufladerolle 2 und das lichtempfindliche Element 1 schwer macht, zu rotieren und die Umfangsgeschwindig keitsdifferenz hierzwischen aufrechtzuerhalten. Mit anderen Worten, man benötigt ein zu großes Drehmoment, um sie anzutreiben. Wenn sie unter Kraftaufwendung gegen beträchtliche Reibung gedreht werden, werden ihre Umfangsflächen abgerieben. Des weiteren verbessert die extrem geringe Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m nicht in ausreichender Weise den Kontaktzustand zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1, so daß daher die Verbesserung des Aufladeverhaltens der Vorrichtung nicht ausreichend ist. Wenn andererseits die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 extrem groß ist, fallen zu viele die Aufladung erleichternde Partikel m von der Aufladerolle 2 herunter, was manchmal schädliche Auswirkungen auf die Bilderzeugung hat.
Gemäß Tests sollte die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 nicht weniger als 10³ Partikel/mm² betragen. Wenn sie geringer ist als 10³ Partikel/mm², sind der Schmiereffekt und die Verbesserung des Kontaktzustandes zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element nicht ausreichend, so daß daher die Verbesserung des Aufladeverhaltens nicht so groß ist wie erwartet.
Eine bevorzugtere Menge liegt in einem Bereich von 10³ – 5 × 10⁵ Partikel/mm². Wenn die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m 5 × 10⁵ Partikel/mm² übersteigt, nimmt die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m, die sich von der Aufladerolle 2 trennt und zum lichtempfindlichen Element 1 bewegt, zu, wodurch verhindert wird, daß das lichtempfindliche Element 1 unabhängig von der Übertragung der die Aufladung erleichternden Partikel m selbst ausreichend belichtet wird. Wenn die Menge unter 5 × 10⁵ Partikel/cm² liegt, wird die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m, die sich vom lichtempfindlichen Element 1 trennen, moderat, so daß daher der schädliche Effekt der die Aufladung erleichternden Partikel m minimiert wird. Wenn die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m, die auf das lichtempfindliche Element 1 übertragen werden, während die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 in dem vorstehend erwähnten bevorzugteren Bereich gehalten wird, gemessen wurde, lag sie in einem Bereich von 10² – 10⁵ Partikel/cm², was beweist, daß die wünschenswerte Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m, die zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 anordbar ist, ohne die Bilderzeugung nachteilig zu beeinflussen, nicht mehr als 10⁵ Partikel/cm² beträgt.
Als nächstes wird das Verfahren beschrieben, das zum Messen der Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 und der Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m auf dem lichtempfindlichen Element 1 verwendet wird. Es ist wünschenswert, daß die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 direkt im Aufladespalt n zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 gemessen wird. Der größte Teil der die Aufladung erleichternden Partikel m, die sich bereits auf dem lichtempfindlichen Element 1 befinden, wird jedoch von der Aufladerolle 2, die sich in Kontakt mit dem lichtempfindlichen Element in einer Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung des lichtempfindlichen Elementes 1 dreht, abgestreift, so daß daher die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel auf der Aufladerolle 2, die unmittelbar vor dem Aufladespalt n gemessen wurde, für die tatsächliche Menge der die Aufladung erleichternden Partikel zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 substituiert wird. Genauer gesagt, die Drehung des lichtempfindlichen Elementes 1 und der Aufladerolle 2 wird gestoppt, und die Umfangsflächen des lichtempfindlichen Elementes 1 und der Aufladerolle 2 werden über ein Videomikroskop (Produkt der Firma Olympus: OVM1000M) und einem Digitalrecorder (Produkt der Firma Deltis: SR-3100) fotografiert, ohne die Aufladevorspannung anzulegen. Beim Fotografieren der Umfangsfläche der Aufladerolle 2 wird die Aufladerolle gegen ein Glasstück unter den gleichen Bedingungen, wie die Aufladerolle 2 gegen das lichtempfindliche Element 1 gepresst wird, gepresst, und es werden nicht weniger als 10 Punkte in der Grenzfläche zwischen der Aufladerolle 2 und dem Glasstück mit Hilfe des Videomikroskopes, das mit einer Objektlinse mit einer Vergrößerung von 1.000 ausgestattet ist, fotografiert. Die auf diese Weise erhaltenen digitalen Bilder werden unter Verwendung einer vorgegebenen Schwelle digital verarbeitet. Dann wird die Anzahl der Zellen, in denen die Aufladung erleichternden Partikel vorhanden sind, mit Hilfe einer bestimmten Bildverarbeitungssoftware berechnet. Was die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel auf dem lichtempfindlichen Element 1 anbetrifft, so wird die Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 unter Verwendung des gleichen Videomikroskops fotografiert, wonach die erhaltenen Bilder in der gleichen Weise bearbeitet werden, um die Anzahl der die Ladung er-leichternden Partikel auf dem lichtempfindlichen Element 1 zu erhalten.
Bei dieser Ausführungsform wird die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel, die an der Grenzfläche zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 aufrechtzuerhalten ist, durch Einstellung des Verhältnisses zwischen den die Aufladung erleichternden Partikeln m und dem Entwickler 4d in der Entwicklungsvorrichtung 4 in einen Bereich von 0,01 bis 20 Gewichtsteilen der die Aufladung erleichternden Partikel m pro 100 Gewichtsteile des Toners t eingestellt.
Ausführungsform 2 (2)
Diese Ausführungsform entspricht der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß das lichtempfindliche Element 1, d.h. das Bildträgerelement, einer Bilderzeugungsvorrichtung in bezug auf den Oberflächenwiderstand so eingestellt wird, daß das lichtempfindliche Element zuverlässiger und gleichmäßiger aufgeladen wird.
Genauer gesagt, der elektrische Widerstand der Oberflächenschicht des lichtempfindlichen Elementes 1 wird so reduziert, daß selbst dann, wenn die tatsächliche Größe, d.h. die Größe auf mikroskopischem Niveau, der Grenzfläche zwischen dem Aufladeelement vom Kontakttyp und dem lichtempfindlichen Element 1 infolge der Adhäsion des restlichen Toners am Aufladeelement vom Kontakttyp reduziert wird, die Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 in wünschenswerter Weise aufgeladen wird, wenn sie in die Zone zur Erzeugung des latenten Bildes eindringt.
Bei dieser Ausführungsform wird der elektrische Widerstand am Oberflächenabschnitt des lichtempfindlichen Elementes 1 eingestellt, indem das lichtempfindliche Element 1 mit einer Ladungsinjektionsschicht versehen wird, die die äußerste Schicht des lichtempfindlichen Elementes 1 bildet. 2 ist ein vergrößerter schematischer Schnitt eines Abschnittes des lichtempfindlichen Elementes 1, der mit der Ladungsinjektionsschicht dieser Ausführungsform versehen ist, und zeigt die laminare Struktur des lichtempfindlichen Elementes 1. Bei dieser Ausführungsform wird das lichtempfindliche Element 1 hergestellt, indem eine Ladungsinjektionsschicht 16 auf die Umfangsfläche eines üblichen lichtempfindlichen Elementes, das von einer Aluminiumtrommel 11 (Basiselement) gebildet wird, aufgebracht wird und diverse Schichten, nämlich eine Unterschicht 12, eine eine positive Ladungsinjektion verhindernde Schicht 13, eine Ladungserzeugungsschicht 14 und eine Ladungsübertragungsschicht 15, in dieser Reihenfolge von der Unterseite aus auf die Aluminiumtrommel 11 aufgebracht werden. Die Ladungsinjektionsschicht 16 wird aufgebracht, um das Aufladevermögen der lichtempfindlichen Trommel 1 zu verbessern.
Die Ladungsinjektionsschicht 16 besteht aus einem Bindemittel, elektrisch leitenden Partikeln 16a (einem elektrisch leitenden Füllmaterial), einem Schmiermittel, einem Polymerisationsinitiator u.ä. Bei dem Bindemittel handelt es sich um ein lichtaushärtbares Acrylharz, und die elektrisch leitenden Partikel 16a sind ultramikroskopisch kleine Partikel aus SnO₂ (0,03 μm im Durchmesser). Bei dem Schmiermittel handelt es sich um Tetrafluorethylen (Teflon). Das Füllmaterial, Schmiermittel, der Polymerisationsinitiator u.ä. werden in das Bindemittel eingemischt. Dann wird das Gemisch auf ein übliches lichtempfindliches Element aufgebracht und lichtausgehärtet.
Die wichtigste Eigenschaft der Ladungsinjektionsschicht 16 ist ihr elektrischer Widerstand. Bei einem Verfahren zum Aufladen eines Objektes durch direktes Injizieren von Ladung in das Objekt wird die Effizienz, mit der ein Objekt aufgeladen wird, durch Verringerung des elektrischen Widerstandes auf der Seite des aufzuladenden Objektes verbessert. Wenn das aufzuladende Objekt ein Bildträgerelement (lichtempfindliches Element) ist, muß ein latentes elektrostatisches Bild über eine bestimmte Zeitdauer aufrechterhalten werden. Daher beträgt der richtige Bereich für den spezifischen Volumenwiderstand der Ladungsinjektionsschicht 16 1 × 10⁹ – 1 × 10¹⁴ Ω/cm.
Selbst wenn ein lichtempfindliches Element keine Ladungsinjektionsschicht 16, wie die bei dieser Ausführungsform beschriebene Ladungsinjektionsschicht, aufweist, kann ein Effekt erzielt werden, der zu dem durch die Ladungsinjektionsschicht 16 dieser Ausführungsform erzeugten Effekt äquivalent ist, wenn der spezifische Volumenwiderstand der Ladungsübertragungsschicht 15 beispielsweise in dem vorstehend beschriebenen Bereich liegt.
Des weiteren kann ein entsprechender Effekt wie bei dieser Ausführungsform über ein lichtempfindliches Element auf der Basis von amorphem Silicium erzielt werden, dessen Oberflächenschicht einen spezifischen Volumenwiderstand von etwa 10¹³ Ωcm hat.
(Auswertung der vorhergehenden Ausführungsformen)
Die überlegenen Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sind in Tabelle 1 zusammengefaßt, die ebenfalls die Eigenschaften von Vergleichsbeispielen zeigt.
Tabelle 1 Aufladung (Geisterbilder)
Vergleichsbeispiel 1
Es wird eine Aufladerolle als Aufladeelement verwendet und durch ein lichtempfindliches Element gedreht. Die die Aufladung erleichternden Partikel m wurden nicht in den Entwickler 4d eingemischt. Mit anderen Worten, es wurden keine die Aufladung erleichternde Partikel m verwendet.
Vergleichsbeispiel 2
Entspricht im wesentlichen Vergleichsbeispiel 1, mit der Ausnahme, daß die Aufladerolle mit dem die Aufladung erleichternden Partikeln beschichtet wurde (die die Aufladung erleichternden Partikel wurden nicht in den Entwickler 4d eingemischt).
(Auswertungskriterien)
Die Bildaufzeichnungsvorrichtungen wurden mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten betrieben, und die erhaltenen Drucke wurden in bezug auf Geisterbilder ausgewertet.
Der hier verwendete Begriff Geisterbild bedeutet ein in einem Druck vorhandenes unerwünschtes Bild, das über einen Bereich vorhanden ist, der der vorherigen Drehung des lichtempfindlichen Elementes entspricht. Der Mechanismus, der ein Geisterbild erzeugt, ist wie folgt. Wenn es eine Interferenz gibt, während eine Aufladerolle vom Kontakttyp, d.h. eine Aufladerolle der vorhergehenden Ausführungsformen, ein lichtempfindliches Element auflädt, werden die Abschnitte der Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes, die während der vorhergehenden Drehung des lichtempfindlichen Elementes intensiv belichtet wurden, in unzureichender Weise aufgeladen. Da die Bilderzeugungsvorrichtungen in den Tests auf einem reversen Entwicklungssystem basierten, wird das latente Bild, das während der nachfolgenden Drehung des lichtempfindlichen Elementes erzeugt wird, dunkler entwickelt als es sein sollte, und zwar über die Bereiche, die diesen unzureichend aufgeladenen Abschnitten entsprechen, wodurch ein Geisterbild auftritt.
Die Kriterien für die Bildauswertung waren wie folgt:

NG: Ein Geisterbild ist sichtbar in weißen Bereichen auf der unmittelbar abstromseitigen Seite in bezug auf die Richtung, in der ein Bild erzeugt wird, von vollen schwarzen Bereichen.
G: Ein Geisterbild ist nicht sichtbar in weißen Bereichen auf der unmittelbar abstromseitigen Seite von vollen schwarzen Bereichen relativ zur Richtung, in der ein Bild erzeugt wird, ist jedoch sichtbar in getönten Zwischenbereichen abstromseitig der vollen schwarzen Bereiche.
G: Ein Geisterbild ist nicht sichtbar sowohl in weißen Bereichen oder in getönten Zwischenbereichen auf der abstromseitigen Seite von vollen schwarzen Bereichen.

Des weiteren wurden Bilder zu Beginn und am Ende eines Druckvorganges ausgewertet, wobei 1.000 Drucke hergestellt wurden. Im Druckvorgang wurden A4-Druckbögen zugeführt, so daß der Längsrand eines Druckbogens senkrecht zu der Richtung, in der die Bögen zugeführt wurden, zu liegen kam. In Tabelle 1 geben die linken und rechten Seiten vom Schrägstrich die Ergebnisse zu Beginn und am Ende wieder.
Das Folgende wird aus der Tabelle deutlich.
Im Falle von Vergleichsbeispiel 1 zeigen selbst die zu Beginn des Druckvorganges gemachten Kopien an, daß das lichtempfindliche Element unzureichend aufgeladen war. Mit anderen Worten, der Kontaktzustand zwischen dem Aufladeelement vom Kontakttyp (Aufladerolle) und dem lichtempfindlichen Element war für das Aufladeelement vom Kontakttyp nicht ausreichend, um das lichtempfindliche Element auf ein wünschenswertes Potentialniveau direkt aufzuladen.
Im Falle von Vergleichsbeispiel 2, in dem die die Aufladung erleichternden Partikel einmal vorher auf die Aufladerolle aufgebracht wurden, jedoch nicht in den Entwickler eingemischt wurden, war zu Beginn des Druckvorganges kein Geisterbild erkennbar. Bei Fortsetzung des Druckvorganges wurde jedoch die Aufladerolle rasch verunreinigt und verlor sie die Aufladung erleichternden Partikel von ihrer Umfangsfläche, so daß sich die Bildqualität drastisch verschlechterte.
Im Falle von Ausführungsform 1, bei der die die Aufladung erleichternden Partikel m in den Entwickler 4d gemischt wurden, wurde die Aufladerolle über das lichtempfindliche Element kontinuierlich mit den die Aufladung erleichternden Partikeln n unter einer konstanten Rate versorgt. Es wurde daher ein wünschenswerter Kontaktzustand in bezug auf das Aufladen der lichtempfindlichen Trommel zwischen der Aufladerolle und dem lichtempfindlichen Element aufrechterhalten. Als die Umfangs geschwindigkeiten der lichtempfindlichen Trommel und der Aufladerolle anstiegen, wurde das lichtempfindliche Element in wünschenswerter Weise aufgeladen. Als jedoch die Umfangsgeschwindigkeit der Aufladerolle verringert wurde, wurde das lichtempfindliche Element geringfügig in unzureichender Weise aufgeladen. Dies beweist, daß das lichtempfindliche Element effizienter aufgeladen wird, wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Aufladerolle von der des lichtempfindlichen Elementes verschieden ist.
Im Falle der Ausführungsform 2, bei der der elektrische Widerstand der Oberflächenschicht des lichtempfindlichen Elementes soviel wie möglich in einem Bereich, in dem ein latentes elektrostatisches Bild aufrechterhalten werden konnte, abgesenkt wurde, wurde die elektrische Ladung auf effizientere Weise von der Aufladerolle auf das lichtempfindliche Element übertragen, obwohl der Kontaktzustand zwischen der Aufladerolle und dem lichtempfindlichen Element mit dem der Ausführungsform 1 gleich gehalten wurde. Die Auswertung der bei Prozessgeschwindigkeiten von 100 mm/sec und 50 mm/sec erzeugten Bilder entsprach G, d.h. kein Geisterbild, wobei Ausführungsform 2 effektiver ist, wenn höhere Prozessgeschwindigkeiten Anwendung finden.
Ausführungsform 3 (4)
4 ist ein schematischer Schnitt einer typischen Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei der in dieser Ausführungsform beschriebenen Bilderzeugungsvorrichtung handelt es sich um einen Laserdrucker (Aufzeichnungsvorrichtung), bei dem ein elektrofotografischer Prozeß vom Übertragungstyp, ein Direktaufladesystem und ein Tonerrecyclingprozeß (reinigerfreies System) Anwendung finden.
(1) Genereller Aufbau
Mit 1 ist ein lichtempfindliches Element als Bildträgerelement bezeichnet, bei dem es sich um ein Element vom organischen Fotoleitertyp (negativ aufladbares lichtempfindliches Element) handelt. Das Element besitzt die Form einer zylindrischen Trommel mit einem Durchmesser von 30 mm und wird im Uhrzeigersinn, wie durch einen Pfeil angedeutet, mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 94 mm/sec (Prozeßgeschwindigkeit) angetrieben.
Mit 2 ist eine elektrisch leitende elastische Rolle (hiernach als "Aufladerolle") bezeichnet.
Die Aufladerolle 2 ist durch Aufbringen einer Schicht 2b aus Schaummaterial mit einem mittleren elektrischen Widerstand auf die Umfangsfläche eines Metallkernes 2a hergestellt. Das Material für die Schicht 2b wird durch Vermischen eines Harzes (beispielsweise Urethan) mit elektrisch leitenden Partikeln (beispielsweise Ruß), einem Sulfurisiermittel, einem Schaummittel u.ä. gebildet. Nach dem Abdecken des Metallkernes 2a wird die Umfangs fläche der Schaumschicht 2b mit mittlerem elektrischen Widerstand poliert.
Bei dieser Ausführungsform ist es wichtig, daß die Aufladerolle 2, bei der es sich um eine elektrisch leitende elastische Rolle handelt, als Elektrode funktioniert. Mit anderen Worten, die Aufladerolle 2 muß eine vorgegebene ausreichende Elastizität aufweisen, damit die Aufladerolle einen gewünschten Kontaktzustand zwischen der Aufladerolle und dem aufzuladenden Objekt, d.h. dem lichtempfindlichen Element, erzeugen kann. Des weiteren sollte ihr elektrischer Widerstand ausreichend niedrig sein, um das sich bewegende lichtempfindliche Element aufzuladen. Andererseits muß sie in der Lage sein, ein Lecken von Spannung durch fehlerhafte Abschnitte, beispielsweise feine Löcher, des lichtempfindlichen Elementes zu verhindern, wenn solche Effekte vorhanden sind. Wenn daher das aufzuladende Objekt ein lichtempfindliches elektrofotografisches Element ist, sollte der elektrische Widerstand der Aufladerolle 2 in einem Bereich von 10⁴ – 10⁷ Ω liegen, so daß ein zufriedenstellendes Aufladeverhalten und eine zufriedenstellende Leckwiderstandsfähigkeit realisiert werden.
Wenn die Härte der Aufladerolle 2 zu niedrig ist, wird die Form der Aufladerolle 2 zu unstabil, um den gewünschten Kontaktzustand zwischen der Aufladerolle 2 und dem aufzuladenden Objekt aufrechtzuerhalten. Wenn sie zu hoch ist, versagt die Aufladerolle 2 bei der Bildung eines wünschenswerten Aufladespaltes zwischen sich und dem lichtempfindlichen Element. Des weiteren wird der Kon taktzustand zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element innerhalb des Aufladespaltes auf mikroskopischem Niveau schlechter. Daher beträgt der wünschenswerte Härtebereich der Aufladerolle 2 25-50 Grad auf der Asker-C-Skala.
Das Material für die Aufladerolle 2 ist nicht auf das vorstehend beschriebene elastische Schaummaterial beschränkt. Zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Material kann EPDM, Urethan, NBR, Silikonkautschuk, IR u.ä. verwendet werden, wobei in diese Materialien elektrisch leitenden Partikel, wie Ruß oder Metalloxidpartikel, dispergiert sind. Auch sind die Schaumversionen dieser Materialien geeignet. Der Widerstand der Materialien kann auch mit Hilfe von ionenleitendem Material eingestellt werden, anstelle elektrisch leitende Partikel zu dispergieren.
Die Aufladerolle 2 wird entgegen ihrer eigenen Elastizität gegen das lichtempfindliche Element 1 gepreßt, wodurch ein Spalt n (Aufladespalt) gebildet wird, der die Grenzfläche zwischen dem lichtempfindlichen Element und der Aufladerolle 2 darstellt. Bei dieser Ausführungsform wird die Aufladerolle 2 mit 100 UpM im Uhrzeigersinn, wie durch einen Pfeil angedeutet, gedreht, so daß sich die Umfangsflächen der Aufladerolle 2 und des lichtempfindlichen Elementes 1 in entgegengesetzten Richtungen im Aufladespalt n bewegen. Mit anderen Worten, die Aufladerolle 2 und das lichtempfindliche Element 1 werden so gedreht, daß die Umfangsfläche der Aufladerolle 2 als Aufladeelement vom Kontakttyp sich mit einem Ge schwindigkeitsunterschied von 100 % gegenüber dem lichtempfindlichen Element 1 als aufzuladendem Objekt bewegt.
An den metallischen Kern 2a der Aufladerolle 2 wird eine Gleichspannung von –700 V als Aufladevorspannung von einer Aufladevorspannungsanlegestromquelle S1 gelegt. Auf diese Weise wird die Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 über den Direktauflademechanismus gleichmäßig auf ein Potentialniveau von –680 V aufgeladen, das im wesentlichen dem Spannungsniveau der an die Aufladerolle 2 gelegten Aufladevorspannung entspricht. Dieser Prozeß wird später im einzelnen beschrieben.
Mit 3 ist ein Laserstrahlscanner (Belichtungsvorrichtung) bezeichnet, der eine Laserdiode, einen Polygonspiegel u.ä. aufweist. Dieser Laserstrahlscanner emittiert einen Abtaststrahl von Laserlicht L, dessen Intensität mit seriellen digitalen elektrischen Signalen, die durch Digitalisierung der optischen Informationen eines Sollbildes erzeugt werden, moduliert wird und der die gleichmäßig aufgeladene Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 abtastet oder belichtet. Demzufolge wird ein latentes elektrostatisches Bild, das den optischen Informationen des Sollbildes entspricht, auf der Umfangsfläche des zylindrischen lichtempfindlichen Elementes 1 erzeugt.
Mit 4 ist eine Entwicklungsvorrichtung bezeichnet. Das latente elektrostatische Bild auf der Umfangsfläche des zylindrischen lichtempfindlichen Elementes 1 wird von dieser Entwicklungsvorrichtung in ein Tonerbild entwickelt.
Bei dieser Entwicklungsvorrichtung 6 handelt es sich um einen reversen Typ, bei dem als Entwickler ein negativ aufladbarer dielektrischer Einkomponenten-Toner (negativer Toner) mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 7 μm Verwendung findet.
Mit 4a ist eine nicht-magnetische Entwicklungshülse als Element zum Tragen des Entwicklers bezeichnet, die einen Magneten 4b beherbergt. Der Durchmesser der Entwicklungshülse 4a beträgt 16 mm. Der negative Toner wird auf diese Entwicklungshülse 4a aufgebracht, wobei eine dünne Schicht ausgebildet wird, die elektrisch aufgeladen wird, wenn sie von einem elastischen Blattelement 4b reguliert wird. Der Abstand zwischen den Umfangsflächen der Entwicklungshülse 4a und des lichtempfindlichen Elementes 1 ist auf 500 μm festgelegt. Die Entwicklungshülse 4a wird so gedreht, daß sich ihre Umfangsfläche in der gleichen Richtung und mit der gleichen Geschwindigkeit wie das lichtempfindliche Element 1 in der Entwicklungsstation a (Entwicklungsbereich), in der der Abstand zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 am kleinsten ist, bewegt, und von einer Entwicklungsvorspannungsanlegestromquelle S2 wird eine Entwicklungsvorspannung an die Entwicklungshülse 4a gelegt. Der auf der Umfangsfläche der zylindrischen Aufladerolle 2 vorhandene Entwickler wird zur Entwicklungsstation a gefördert, wenn die Aufladerolle 2 gedreht wird. Als Entwicklungsvorspannung werden eine Gleich spannung von –400 V und eine Wechselspannung mit einer Frequenz von 1600 Hz, einer Spitzen-Spitzen-Spannung von 1600 V und einer rechteckigen Wellenform in überlagerter Weise angelegt, damit der Toner von der Entwicklungshülse 4a auf das lichtempfindliche Element 1 springen kann.
In den Entwickler, d.h. den Toner t, sind die die Aufladung erleichternden Partikel m (Aufladeprozessunterstützungspartikel) eingemischt. Bei den bei dieser Ausführungsform verwendeten die Aufladung erleichternden Partikeln m handelt es sich um elektrisch leitende Zinkoxidpartikel, die einen spezifischen Widerstand von 1 × 10⁷ Ωcm und einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 2,5 μm besitzen. Der Anteil, mit dem die die Aufladung erleichternden Partikel m in den Entwickler (Toner) eingemischt sind, beträgt 2-3 Gewichtsteile relativ zu 100 Gewichtsteilen des Entwicklers.
Der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Partikel einschließlich der Sekundärpartikel beträgt 2,5 μm, und ihr spezifischer Widerstand beträgt 10⁷ Ωcm.
Was das Material der die Aufladung erleichternden Partikel m betrifft, so sind auch viele andere elektrisch leitende Partikel geeignet, beispielsweise andere Metalloxide als das vorstehend erwähnte Zinkoxid und ein Gemisch aus elektrisch leitenden Partikeln und organischen Materialien.
Der spezifische Widerstand der die Aufladung erleichternden Partikel m sollte nicht mehr als 10¹² Ωcm, vorzugsweise nicht mehr als 10¹⁰ Ωcm, betragen, da die elektrische Ladung über die die Aufladung erleichternden Partikel m erhalten oder empfangen wird. Wenn der Widerstandswert der die Aufladung erleichternden Partikel größer ist als 1 × 10¹² Ωcm, verschlechtert sich das Aufladeverhalten der Aufladerolle. Daher darf der Widerstandswert nicht mehr als 1 × 10¹² Ωcm betragen. Bei dieser Ausführungsform beträgt der Widerstandswert der die Aufladung erleichternden Partikel 1 × 10⁷ Ωcm.
Der spezifische Widerstand der die Aufladung erleichternden Partikel m wird durch Anwendung eines Tablettenverfahrens erhalten. Hierbei wird zuerst ein Zylinder, dessen Bodenbereich 2,26 cm² groß ist, hergestellt. Dann werden 0,5 g einer Materialprobe im Zylinder zwischen einer oberen und unteren Elektrode angeordnet, und der Widerstand des Materiales wird gemessen, indem 100 V zwischen die obere und untere Elektrode gelegt werden, während das Material zwischen der oberen und unteren Elektrode mit einem Druck von 15 kg kompaktiert wird. Danach wird der spezifische Widerstand des Probemateriales aus den Ergebnissen der Messung durch Normalisierung berechnet.
Um zu verhindern, daß sich die die Aufladung erleichternden Partikel m störend auf den Belichtungsprozeß auswirken, sollten die die Aufladung erleichternden Partikel m transparent oder virtuell transparent sein. Angesichts der Möglichkeit, daß die die Aufladung erleich ternden Partikel m vom lichtempfindlichen Element 1 auf einen Übertragungsbogen P während eines Farbdruckbetriebes übertragen werden können, sollten sie ebenfalls transparent oder virtuell transparent sein.
Wenn der durchschnittliche Partikeldurchmesser der die Aufladung erleichternden Partikel m nicht weniger als dem halben durchschnittlichen Durchmesser des Toners t, d.h. dem Entwickler, entspricht, wird der Belichtungsprozeß manchmal durch die die Aufladung erleichternden Partikel m nachteilig beeinflusst. Daher wird der durchschnittliche Partikeldurchmesser der die Aufladung erleichternden Partikel m so eingestellt, daß er nicht mehr als die Hälfte des durchschnittlichen Partikeldurchmessers des Toners 1 beträgt.
Wenn der die Aufladung erleichternde Partikel m die Form einer Granalie besitzt, wird der Durchmesser der Granalie als der durchschnittliche Durchmesser des die Aufladung erleichternden Granulates definiert.
Der Durchmesser der die Aufladung erleichternden Granalie wird auf der Basis des nachfolgenden Verfahrens ermittelt. Zuerst werden 100 und mehr Granalien mit Hilfe eines optischen oder elektronischen Mikroskops herausgesucht, und es werden ihre maximalen Sehnenlängen in Horizontalrichtung gemessen. Dann wird die volumetrische Partikelverteilung aus dem Ergebnis der Messung berechnet. Auf der Basis dieser Verteilung wird 50 % des durchschnittlichen Durchmessers der Granalie berechnet und als durchschnittlicher Granaliendurchmesser des die Aufladung erleichternden Granulates verwendet.
Wie vorstehend beschrieben, befinden sich die die Aufladung erleichternden Partikel m im Primärzustand, d.h. Pulverzustand, sowie im Sekundärzustand, d.h. granularen Zustand. Keiner dieser Zustände erzeugt ein Problem. Ob sich nun die die Aufladung erleichternden Partikel im Primärzustand oder im sekundären granularen Zustand befinden, dieser Zustand stellt kein Problem dar, solange wie das Granulat seine Funktion zur Erleichterung der Aufladung erfüllen kann.
Mit 5 ist eine Übertragungsrolle mit einem mittleren elektrischen Widerstand bezeichnet. Sie bildet einen Übertragungsspalt b an einem Punkt, an dem sie mit einem vorgegebenen Druck gegen die Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 gepreßt wird. In diesen Übertragungsspalt b wird ein Bogen des Aufzeichnungsmediums oder ein Übertragungsbogen P, der von einem nicht dargestellten Bogenzuführabschnitt zugeführt wird, eingeführt, während eine Übertragungsvorspannung mit einem vorgegebenen Spannungspegel von einer Übertragungsvorspannungsanlegestromquelle S3 an die Übertragungsrolle 5 gelegt wird. Auf diese Weise wird das Tonerbild auf dem lichtempfindlichen Element 1 sequentiell von einem Ende zum anderen auf die Oberfläche des in den Übertragungsspalt B eingeführten Übertragungsbogens P übertragen. Bei dieser Ausführungsform beträgt der elektrische Widerstand der Übertragungsrolle 5 5 × 10⁸ Ω, und das Tonerbild wird übertragen, indem eine Gleichspannung von + 3000 V an die Übertragungsrolle 5 gelegt wird. Während der Bildübertragung wird der Übertragungsbogen P in den Übertragungsspalt b geführt, und das Tonerbild, das auf der Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 ausgebildet wurde und gehalten wird, wird sequentiell von einem Ende des Bildes zum anderen auf die Oberseite des Übertragungsbogens P über die elektrostatische Kraft und den Spaltdruck übertragen, während der Übertragungsbogen P durch den Übertragungsspalt b gefördert wird, wobei er von der Übertragungsrolle 5 und dem lichtempfindlichen Element 1 festgeklemmt wird.
Mit 6 ist eine Fixiervorrichtung bezeichnet. Nachdem der Übertragungsbogen P in den Übertragungsspalt b geführt worden ist und das vom lichtempfindlichen Element 1 übertragene Tonerbild empfangen hat, wird der Übertragungsbogen P von der Umfangsfläche des zylindrischen lichtempfindlichen Elementes 1 getrennt und dann in die Fixiervorrichtung 6 geführt, in der das Tonerbild permanent am Übertragungsbogen P fixiert wird. Danach wird der Übertragungsbogen P in der Vorrichtung als Druck oder Kopie abgegeben.
Bei dem Drucker dieser Ausführungsform handelt es sich um einen reinigerfreien Typ. Daher wird der restliche Toner oder der Toner, der auf der Umfangsfläche des zylindrischen lichtempfindlichen Elementes 1 zurückbleibt, nachdem ein Tonerbild auf einen Übertragungsbogen P übertragen worden ist, nicht von einem Reiniger entfernt, sondern bei der Weiterdrehung des lichtempfindlichen Elementes 1 zur Entwicklungsstation a ge fördert, in der der restliche Toner von der Entwicklungsvorrichtung 6 zur gleichen Zeit, wie das latente elektrostatische Bild entwickelt wird, entfernt (rückgewonnen) (Tonerrecyclingprozeß) wird.
Mit 7 ist eine Prozesskassette bezeichnet, die in der Haupteinheit eines Druckers austauschbar installierbar ist. Der Drucker bei dieser Ausführungsform umfasst ein lichtempfindliches Element 1 und drei Prozessvorrichtungen: ein lichtempfindliches Element 1, eine Aufladerolle 2 und eine Entwicklungsvorrichtung 6. Das lichtempfindliche Element 1 und die drei Vorrichtungen sind einstückig in einer Kassette angeordnet, die lösbar in der Haupteinheit eines Druckers montierbar ist. Die Kombination der in der Prozesskassette angeordneten Prozessvorrichtungen ist nicht auf die vorstehend beschriebene Kombination beschränkt, solange ein lichtempfindliches Element 1 und mindestens eine Prozessvorrichtung vorgesehen sind. Mit 8 und 9 sind Führungen bezeichnet, die eine Prozesskassette führen, wenn diese installiert oder entfernt wird, und die die Prozesskassette nach der Installation halten.
(2) Direktaufladung des lichtempfindlichen Elementes 1

a) Die elektrisch leitenden, die Aufladung erleichternden Partikel m, die im Entwickler t in der Entwicklungsvorrichtung 4 enthalten sind, werden in einer geeigneten Menge auf das lichtempfindliche Element 1 übertragen, wenn das latente elektrostatische Bild auf dem lichtempfindlichen Element 1 von der Entwicklungsvorrichtung 4 mit Hilfe des Toners entwickelt wird.

Im Übertragungsspalt b wird das Tonerbild auf dem lichtempfindlichen Element 1 durch die Übertragungsvorspannung beeinflusst, d.h, in Richtung auf den Übertragungsbogen P gezogen, und aggressiv auf einen Übertragungsbogen P übertragen. Die die Aufladung erleichternden Partikel m auf dem lichtempfindlichen Element 1 werden jedoch nicht auf aggressive Weise auf den Übertragungsbogen P übertragen und verbleiben auf der Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1, indem sie daran praktisch haften, da sie elektrisch leitend sind.
Bei der Bilderzeugungsvorrichtung dieser Ausführungsform, bei der ein Tonerrecyclingprozeß Anwendung findet, mit anderen Worten kein Reiniger verwendet wird, werden der Toner und die die Aufladung erleichternden Partikel m, die auf der Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 nach der Bildübertragung zurückbleiben, in einfacher Weise durch die Bewegung des lichtempfindlichen Elementes 1 zur Aufladestation n, d.h. der Grenzfläche zwischen dem lichtempfindliche Element 1 und der Aufladerolle 2 als Aufladeelement vom Kontakttyp, gefördert und haften dann an der Aufladerolle 2.
Daher wird eine elektrische Ladung in das lichtempfindliche Element 1 in Gegenwart der die Aufladung erleichternden Partikel m an der Grenzfläche zwischen dem lichtempfindlichen Element 1 und der Aufladerolle 2 injiziert.
Durch die Gegenwart der die Aufladung erleichternden Partikel wird, selbst wenn Toner in den Aufladespalt eindringt und an der Aufladerolle 2 haftet, der gewünschte Kontaktzustand zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 in bezug auf physikalische Lücken und den elektrischen Widerstand aufrechterhalten. Daher kann elektrische Ladung direkt von der Aufladerolle 2 in das lichtempfindliche Element 1 injiziert werden.
Mit anderen Worten, die Aufladerolle 2 kann in wünschenswerter Weise mit dem lichtempfindlichen Element 1 über die die Aufladung erleichternden Partikel m elektrisch in Kontakt stehen. Genauer gesagt, die die Aufladung erleichternden Partikel m, die im Kontaktspalt zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 vorhanden sind, reiben die Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 und lassen dadurch keinen Spalt zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1. Somit wird die Ladung direkt in das lichtempfindliche Element 1 injiziert. Das Vorhandensein der die Aufladung erleichternden Partikel 3 macht den Direktauflademechanismus (Ladungsinjektion), der nicht auf einer elektrischen Entladung basiert, dominant, so daß auf diese Weise das lichtempfindliche Element 1 mit Hilfe der Aufladerolle 2 sicher und zuverlässig aufgeladen werden kann. Mit dieser Ausführungsform kann daher eine hohe Effizienz bei der Aufladung eines lichtempfindlichen Elementes erzielt werden, was mit Hilfe einer Aufladerolle vor der vorliegenden Erfindung nicht möglich war. Das lichtempfindliche Element 1 wird auf ein Potentialniveau aufgeladen, das im wesentlichen dem Pegel der an die Aufladerolle 2 gelegten Spannung entspricht.
Der Toner, der auf dem lichtempfindlichen Element 1 verbleibt und an der Aufladerolle 2 haftet, wird allmählich von der Aufladerolle 2 auf das lichtempfindliche Element 1 ausgestoßen und zur Entwicklungsstation gefördert, wenn sich die Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 bewegt, und dann von der Entwicklungseinrichtung in der Entwicklungsstation zur gleichen Zeit, wie ein latentes Bild entwickelt wird, rückgewonnen (gereinigt).
Natürlich fällt eine bestimmte Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m, die an der Aufladerolle 2 haften, von der Aufladerolle 2 herab oder verschlechtert sich. Solange jedoch die Bilderzeugungsvorrichtung in Betrieb ist, werden die die Aufladung erleichternden Partikel m, die im Entwickler t in der Entwicklungsvorrichtung 4 enthalten sind, weiterhin auf die Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 übertragen und in der Entwicklungsstation a in den Übertragungsspalt b gefördert und dann zum Aufladespalt n bewegt, wenn sich das lichtempfindliche Element dreht, und schließlich auf die Aufladerolle 2 übertragen. Daher stellt die Gegenwert der die Aufladung erleichternden Partikel m im Aufladespalt n sicher, daß eine Verschlechterung des Aufladeverhaltens der Aufladerolle 2 verhindert wird.
Auf diese Weise wird ein erwünschtes Aufladeverhalten aufrechterhalten.
Es ist somit mit dieser Ausführungsform möglich, eine Bilderzeugungsvorrichtung zu schaffen, die auf einem Aufladesystem vom Kontakttyp, einem Übertragungssystem und einem Tonerrecyclingprozeß basiert, eine einfache, jedoch haltbare und zuverlässige Konstruktion besitzt, mit geringen Kosten verbunden ist, zum Aufladen des lichtempfindlichen Elementes eine relativ niedrige Spannung verwendet, im wesentlichen kein Ozon erzeugt und somit keines der mit Ozon verbundenen Probleme, wie eine unzureichende Aufladung des lichtempfindlichen Elementes, aufweist und trotzdem in der Lage ist, das Bildträgerelement auf direkte und wünschenswerte Weise aufzuladen, und zwar trotz der Verunreinigung der Aufladerolle 2 durch den Toner, der nach der Bildübertragung auf dem lichtempfindlichen Element 1 verbleibt.

b) Damit, wie vorstehend beschrieben, die die Aufladung erleichternden Partikel m das Aufladeverhalten der Aufladerolle 2 nicht nachteilig beeinflussen, darf der Wert des elektrischen Widerstandes der die Aufladung erleichternden Partikel m nicht größer sein als 1 × 10¹² Ωcm. Im Falle einer Entwicklungsvorrichtung vom Kontakttyp, bei der der Entwickler in direkten Kontakt mit dem lichtempfindlichen Element 1 in der Entwicklungsstation a tritt, wird daher Ladung über die Entwicklungsvorspannung durch die die Aufladung erleichternden Partikel m im Entwickler in das lichtempfindliche Element 1 injiziert. Als Folge davon werden trübe Bilder erzeugt.

Die Entwicklungsvorrichtung dieser Ausführungsform ist jedoch von einem kontaktfreien Typ, so daß daher keine Ladung in das lichtempfindliche Element 1 durch die Entwicklungsvorspannung injiziert wird. Es können daher gewünschte Bilder erzeugt werden. Da keine elektrische Ladung in das lichtempfindliche Element 1 in der Entwicklungsstation a injiziert wird, ist es möglich, ein höheres Ausmaß an Vorspannung anzuwenden, d.h. ein höheres Niveau der elektrischen Potentialdifferenz zwischen der Entwicklungshülse 4a und dem lichtempfindlichen Element 1, indem beispielsweise eine Wechselspannung angelegt wird. Daher werden die die Aufladung erleichternden Partikel m aller Wahrscheinlichkeit nach gleichmäßiger entwickelt, d.h. die die Aufladung erleichternden Partikel m werden gleichmäßig auf die Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 aufgebracht, wodurch ein gleichmäßiger, d.h. wünschenswerter, Kontaktzustand zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 in der Aufladestation erzeugt wird. Infolgedessen wird das lichtempfindliche Element 1 in wünschenswerter Weise aufgeladen, so daß gewünschte Bilder erzeugt werden.

c) Mit Hilfe einer einfachen und trotzdem wirksamen Einrichtung wird sichergestellt, daß die die Aufladung erleichternden Partikel m immer an der Grenzfläche n zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 vorhanden sind und daher die Aufladerolle 2 und das lichtempfindliche Element 1 aufgrund des Schmiereffektes (Reibungsreduziereffektes) der die Auf ladung erleichternden Partikel m eine Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz aufweisen können.

Da die Aufladerolle 2 und die lichtempfindliche Trommel 1 sich virtuell in Kontakt miteinander mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten drehen können, wird die Frequenz, mit der die die Aufladung erleichternden Partikel m mit einem vorgegebenen Punkt der Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 an der Grenzfläche zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 in Kontakt treten können, drastisch verbessert. Mit anderen Worten, es wird ein besonders wünschenswerter Kontaktzustand zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 verwirklicht. Daher wird elektrische Ladung in einfacher Weise in das lichtempfindliche Element 1 injiziert.
Was die Konstruktion anbetrifft, die für die Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 sorgt, so kann die Aufladerolle 2 drehbar angetrieben oder nicht drehbar fixiert sein. Um jedoch den restlichen Toner auf dem lichtempfindlichen Element 1, der in die Aufladestation m geführt wird, einstweilen auf die Aufladerolle 2 zu übertragen, sollte die Aufladerolle 2 in einer solchen Richtung gedreht werden, daß sich die Umfangsflächen der Aufladerolle 2 und des lichtempfindlichen Elementes 1 an ihrer Grenzfläche in entgegengesetzte Richtungen bewegen, so daß der restliche Toner, d.h. der Toner, der auf dem lichtempfindlichen Element 1 nach der Bildübertragung verbleibt und in den Aufladespalt n geführt wird, einstweilen auf die Aufladerolle 2 übertragen wird. Mit dieser Anordnung wird das lichtempfindliche Element 1 aufgeladen, nachdem der restliche Toner auf dem lichtempfindlichen Element 1 einstweilen von diesem entfernt worden ist, und daher in einer auf wirksam aufgeladenen Weise bewegt.
Wenn die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m zwischen dem lichtempfindlichen Element 1 als Bildträgerelement und der Aufladerolle 2 als Aufladeelement vom Kontakttyp im Aufladespalt n extrem gering ist, ist der Schmiereffekt der die Aufladung erleichternden Partikel m nicht ausreichend. Infolgedessen bleibt die Reibung zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 relativ groß, so daß es für die Aufladerolle 2 und das lichtempfindliche Element 1 schwierig wird, sich unter Aufrechterhaltung der Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz hierzwischen zu drehen. Mit anderen Worten, um sie anzutreiben, benötigt man ein zu großes Drehmoment. Wenn sie gegen eine beträchtliche Reibung unter Kraftaufbringung gedreht werden, werden ihre Umfangsflächen abgerieben. Des weiteren verbessert die extrem geringe Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m nicht in ausreichender Weise den Kontaktzustand zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1, so daß daher die Verbesserung des Aufladeverhaltens der Vorrichtung nicht ausreicht. Wenn andererseits die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 extrem groß ist, fallen zu viele Partikel von der Aufla derolle 2 herunter, was manchmal schädliche Effekte auf die Bilderzeugung hat.
Wie durch Versuche festgestellt wurde, sollte die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 nicht geringer sein als 10³ Partikel/mm². Wenn die Menge geringer ist als 10³ Partikel/mm², sind der Schmiereffekt und die Verbesserung des Kontaktzustandes zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 nicht ausreichend, so daß daher die Verbesserung des Aufladeverhaltens nicht so groß ist wie erwartet.
Eine wünschenswertere Menge liegt in einem Bereich von 10³ – 5 × 10⁵ Partikeln/mm². Wenn die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m 5 × 10⁵ Partikel/mm² übersteigt, nimmt die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m, die sich von der Aufladerolle 2 trennen und zum lichtempfindlichen Element 1 bewegen, zu, so daß auf diese Weise verhindert wird, daß das lichtempfindliche Element 1 ausreichend belichtet wird, und zwar unabhängig von der Durchlässigkeit der die Aufladung erleichternden Partikel m selbst. Wenn die Menge unter 5 × 10⁵ Partikeln/cm² liegt, wird die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m, die sich vom lichtempfindlichen Element 1 trennen, moderat, so daß daher der schädliche Effekt der die Aufladung erleichternden Partikel m minimiert wird. Als die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m, die auf das lichtempfindliche Element 1 übertragen wurde, während die Menge dieser Partikel m zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 in dem vorstehend erwähnten wünschenswerteren Bereich gehalten wurde, gemessen wurde, lag sie in einem Bereich von 10² – 10⁵ Partikel/cm², was beweist, daß die wünschenswerte Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m, die zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 angeordnet werden können, ohne die Bilderzeugung nachteilig zu beeinflussen, nicht mehr als 10⁵ Partikel/cm² beträgt.
Als nächstes wird das Verfahren zum Messen der Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 und der Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m auf dem lichtempfindlichen Element 1 beschrieben. Es ist wünschenswert, daß die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 direkt im Aufladespalt n zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 gemessen wird. Der größte Teil der die Aufladung erleichternden Partikel m, die sich bereits auf dem lichtempfindlichen Element 1 befinden, wird jedoch von der Aufladerolle 2, die sich in Kontakt mit dem lichtempfindlichen Element 1 dreht, in einer Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung des lichtempfindlichen Elementes 1 abgestreift, so daß daher die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel auf der Aufladerolle 2, die unmittelbar vor dem Aufladespalt n gemessen wird, für die tatsächliche Menge der die Aufladung erleichternden Partikel zwischen der Aufladerolle und dem lichtempfindlichen Element 1 substituiert wird. Genauer gesagt, die Drehung des lichtempfindlichen Elementes 1 und der Aufladerolle 2 wird gestoppt, und die Umfangsflächen des lichtempfindlichen Elementes 1 und der Aufladerolle 2 werden über ein Videomikroskop (Produkt der Firma Olympus: OVM 1000N) und einen Digitalrecorder (Produkt der Firma Deltis: SR-3100) ohne Anlegen der Aufladevorspannung fotografiert. Beim Fotografieren der Umfangsfläche der Aufladerolle 2 wird die Aufladerolle gegen ein Objektträgerglas unter den gleichen Bedingungen, wie sie gegen das lichtempfindliche Element 1 gepresst wird, gepresst, und es werden nicht weniger als 10 Punkte auf der Grenzfläche zwischen der Aufladerolle 2 und dem Objektträgerglas mit Hilfe des Videomikroskops, das mit einem Objektiv mit einer Vergrößerung von 1.000 ausgestattet ist, fotografiert. Die auf diese Weise erhaltenen Digitalbilder werden unter Verwendung einer vorgegebenen Schwelle digital ausgewertet. Dann wird die Anzahl der Zellen, in denen die Aufladung erleichternde Partikel vorhanden sind, mit Hilfe einer bestimmten Bildverarbeitungssoftware berechnet. Was die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel auf dem lichtempfindlichen Element 1 anbetrifft, so wird die Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 unter Verwendung des gleichen Videomikroskops fotografiert, wonach die erhaltenen Bilder in der gleichen Weise verarbeitet werden, um die Anzahl der die Aufladung erleichternden Partikel auf dem lichtempfindlichen Element 1 zu erhalten.
Bei dieser Ausführungsform wird die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel, die auf der Grenzfläche zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 aufrechterhalten werden soll, eingestellt, indem das Verhältnis zwischen den die Aufladung erleichternden Partikeln m und dem Entwickler 4d in der Entwicklungsvorrichtung 4 in einem Bereich von 0,01 bis 20 Gewichtsteilen der die Aufladung erleichternden Partikel m pro 100 Gewichtsteile des Toners t eingestellt wird.
(3) Auswertung der Ausführungsform 3
Die Vorteile dieser Ausführungsform werden nachfolgend zusammen mit den Auswertungsergebnissen der anderen Ausführungsformen zusammengefasst.
Ausführungsformen 4 und 5
Diese Ausführungsformen entsprechen Ausführungsform 3 mit der Ausnahme, daß anstelle der in Ausführungsform 3 verwendeten Entwicklungsvorrichtung 4 eine Entwicklungsvorrichtung vom Kontakttyp eingesetzt wird, die einen Abstand von 100 μm zwischen der Entwicklungshülse 4a und dem lichtempfindlichen Element 1 besitzt.
Bei Ausführungsform 4 wird die Entwicklungsvorspannung durch Anlegen einer Gleichspannung von –420 V erzeugt. Bei Ausführungsform 5 wird die Entwicklungsvorspannung durch das Anlegen einer zusammengesetzten Spannung erzeugt, die aus einer Gleichspannung von –420 V und einer Wechselspannung mit einer Frequenz von 1.600 Hz, einer Spitzen-Spitzen-Spannung von 1.600 V und einer rechteckigen Wellenform besteht. Im übrigen ist die Konstruktion des Druckers die gleiche wie bei Ausführungsform 3.
Ausführungsform 3 wurde mit den Ausführungsformen 4 und 5 in bezug auf die erzeugten Bilder verglichen. Es fanden dabei folgende Kriterien für den Bildvergleich Anwendung:

Punkt 1: Auftreten von Phantomerscheinungen in vollen weißen Bereichen oder Zwischentönungsbereichen abstromseitig eines vollen schwarzen Bereiches.
Punkt 2: Auftreten von Trübungen im vollen weißen Bereich.

Punkt 1 ist ein Kriterium, das das Verhalten beim Aufladen wiedergibt, während Punkt 2 ein Kriterium ist, das das Verhalten bei der Entwicklung wiedergibt.
Was die Auswertung der Bilder anbetrifft, so wurden 500 A4-Drucke, die durch Zuführen von A4-Bögen in einer Richtung, die bewirkt, daß die langen Ränder der Bögen senkrecht zur Zuführrichtung verlaufen, ausgewertet. Die Kriterien sind nachfolgend aufgeführt:
Für Punkt 1:

G: Keine Phantomerscheinungen in Zwischentönungsbereichen abstromseitig der vollen schwarzen Bereiche.
F: Keine Phantomerscheinungen in weißen Bereichen, jedoch Phantomerscheinungen in Zwischentönungsbereichen abstromseitig der vollen schwarzen Bereiche.
NG: Phantomerscheinungen in vollen weißen Bereichen und Zwischentönungsbereichen abstromseitig der vollen schwarzen Bereiche.

In bezug auf die Auswertung von Punkt 2 wurde die Aufladevorrichtung auf eine elektrische Entladungsvorrichtung umgeschaltet, bei der eine Aufladerolle Verwendung findet, und die Drucke wurden in bezug auf die Trübung der vollen weißen Bereiche ausgewertet:
G: Keine Trübung.
F: Geringe Trübung.
NG: Augenscheinliche Trübung.
Wenn die Entwicklungsvorspannung nur durch Anlegen einer Gleichspannung wie in Ausführungsform 4 erzeugt wurde, wurde die Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 nicht mit einer ausreichenden Menge von die Aufladung erleichternden Partikeln m, die in den Entwickler ge mischt waren, versorgt, wodurch das lichtempfindliche Element 1 auf ein Potentialniveau aufgeladen wurde, das geringfügig unter dem wünschenswerten Niveau lag, als der Druck fortgesetzt wurde. Infolgedessen verschlechterte sich die Bildqualität, wie durch Punkt 1 in der Tabelle verdeutlicht.
Als die Entwicklungsvorspannung durch eine zusammengesetzte Spannung aus einer Gleichspannung und einer Wechselspannung erzeugt wurde, wie in Ausführungsform 5, wurde eine ausreichende Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m zugeführt. Es wurde jedoch eine elektrische Ladung in die Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 injiziert, wodurch Trübungserscheinungen auftraten.
Im Falle der Ausführungsform 3 traten jedoch die Phänomene von Ausführungsform 5 nicht auf. Die Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 wurde mit einer geeigneten Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m versorgt, so daß keine Trübung auftrat.
Die nachfolgenden Bildauswertungen zeigen die Effekte des Mischungsverhältnisses zwischen den die Aufladung erleichternden Partikeln m und dem Toner, d.h. der Anzahl der Gewichtsteile der die Ladung erleichternden Partikel m pro 100 Gewichtsteile an Toner.

(1) 1 Teil der die Aufladung erleichternden Partikel m pro 100 Teile Toner
(2) 4 Teile von die Aufladung erleichternden Partikeln m pro 100 Teile Toner

Wie aus den obigen Auswertungen deutlich wird, wurde im Fall von Ausführungsform 3, bei der der die die Aufladung erleichternden Partikel m in den Entwickler t eingemischt waren und eine Bildentwicklung mit Hilfe einer Aufladevorrichtung vom kontaktfreien Typ durchgeführt wurde, eine geeignete Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m zugeführt, wobei verhindert wurde, daß elektrische Ladung in die Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 injiziert wurde, so daß keine Trübungserscheinungen auftraten. Infolgedessen wurden geeignete Drucke erzeugt.
Ausführungsform 6 (5)
Diese Ausführungsform entspricht Ausführungsform 2 mit der Ausnahme, daß die Entwicklungshülse 4a der Entwicklungsvorrichtung 4 mit einer Umfangsgeschwindigkeit gedreht wurde, die von der des lichtempfindlichen Elementes 1 verschieden war.
Speziell besaß die Bilderzeugungsvorrichtung die in 5 gezeigte Konstruktion und wurde die Entwicklungshülse 4a im Uhrzeigersinn angetrieben, so daß in der Entwicklungsstation a ihre Drehrichtung entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des lichtempfindlichen Elementes 1 war und ihre Umfangsgeschwindigkeit sich um 120 % von der des lichtempfindlichen Elementes 1 unterschied. Im übrigen hatte der Drucker dieser Ausführungsform die gleiche Konstruktion wie der von Ausführungsform 3.
Aufgrund der Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der Entwicklungshülse 4a als Entwicklerträgerelement der Entwicklungsvorrichtung 4, das den Entwickler zur Entwicklungsstation a führt, und dem lichtempfindlichen Element 1 kann eine ausreichende Menge des Entwicklers der Entwicklungsstation a und eine geeignete Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m zugeführt werden. Mit anderen Worten, eine ausreichende Menge des Entwicklers (Toners) und der die Aufladung erleichternden Partikel m wird von der Entwicklungshülse 4a zum lichtempfindlichen Element 1 übertragen, ohne daß Trübungen verursacht werden, die auf die Injektion von elektrischer Ladung in das lichtempfindliche Element 1 über die zum Vorsehen der Entwicklungsvorspannung angelegte Spannung zurückgehen. Daher können geeignete Bilder erzeugt werden.
Wie aus den vorhergehenden Absätzen deutlich wird, findet gemäß Ausführungsform 6 kein Kontakt zwischen der Spitze der Ansammlung des Entwicklers, der die die Aufladung erleichternden Partikel m mit geringem elektrischen Widerstand enthält, und dem lichtempfindlichen Element 1 statt, das sich mit einer Umfangsgeschwindigkeit dreht, die von der der Aufladerolle 2 verschieden ist. Daher werden geeignete Bilder erzeugt.
Die Vorteile von Ausführungsform 6 werden zusammen mit den Auswertungen der anderen Ausführungsformen nachfolgend zusammengefasst.
Die Ausführungsformen 7 und 8 entsprechen im wesentlichen den Ausführungsformen 4 und 5 mit nur wenigen Ausnahmen. Bei den Ausführungsformen 7 und 8 wurde die Entwicklungshülse 4a der Entwicklungsvorrichtung ebenfalls im Uhrzeigersinn gedreht, und die Bewegungsrichtung in der Entwicklungsstation a der Umfangsfläche der Entwicklungshülse 4a der Entwicklungsvorrichtung wurde entgegengesetzt zu der des lichtempfindlichen Elementes 1 gemacht. Die Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz in der Entwicklungsstation a zwischen der Entwicklungshülse 4a und dem lichtempfindlichen Element 1 wurde jedoch auf 120 % eingestellt.
Wie im Falle der Ausführungsformen 4 und 5 wurde das Gewichtsverhältnis zwischen den die Aufladung erleichternden Partikel m und dem Entwickler variiert: Ein, drei und vier Gewichtsteile die Aufladung erleichternden Partikel m zu 100 Gewichtsteilen des Entwicklers. Dann wurden die Bilder vergleichsweise ausgewertet.
Die Kriterien für den Bildvergleich entsprechen denen der Ausführungsform 3.

Das Auswertungsverfahren entsprach ebenfalls dem von Ausführungsform 3.

(1) 1 Teil der die Aufladung erleichternden Partikel m pro 100 Teile Toner.
(2) 3 Teile der die Aufladung erleichternden Partikel m pro 100 Teile Toner.
(3) 4 Teile der die Aufladung erleichternden Partikel m pro 100 Teile Toner.

Wie aus den obigen Auswertungen deutlich wird, wurden im Falle von Ausführungsform 6 die die Aufladung erleichternden Partikel m in den Entwickler gemischt, wurde eine Bildentwicklung mit Hilfe einer Aufladevorrichtung vom kontaktfreien Typ durchgeführt, und wurde eine Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der Entwicklungshülse 4a und dem lichtempfindlichen Element 1 vorgesehen. Daher wurde eine geeignete Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m zugeführt und verhindert, daß elektrische Ladung in die Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 injiziert wurde, so daß keine Trübungen auftraten. Infolgedessen wurden geeignete Drucke erzeugt.
Ausführungsform 9
Diese Ausführungsform entspricht Ausführungsform 3 mit der Ausnahme, daß der elektrische Widerstand des lichtempfindlichen Elementes 1 als Bildträgerelement im Drucker verstellt wurde. Im übrigen war die Konstruktion des Druckers dieser Ausführungsform mit der von Ausführungsform 3 identisch.
Bei dieser Ausführungsform wurde der elektrische Widerstand am Oberflächenabschnitt des lichtempfindlichen Elementes 1 verstellt, indem das lichtempfindliche Element 1 mit einer Ladungsinjektionsschicht versehen wurde, die die äußerste Schicht des lichtempfindlichen Elementes 1 bildet. 2 ist eine vergrößerte schematische Schnittdarstellung eines Abschnittes des lichtempfindlichen Elementes 1, der mit der Ladungsinjektionsschicht dieser Ausführungsform versehen ist, und zeigt die laminare Struktur des lichtempfindlichen Elementes 1. Das lichtempfindliche Element 1 dieser Ausführungsform wird durch Aufbringen einer Ladungsinjektionsschicht 16 auf die Umfangsfläche eines üblichen lichtempfindlichen Elementes, das aus einer Aluminiumtrommel 11 (Basiselement) und diversen Schichten besteht: einer Unterschicht 12, einer Positivladungsinjektionsverhinderungsschicht 13, einer Ladungserzeugungsschicht 14 und einer Ladungsübertragungsschicht 15, die auf der Aluminiumtrommel 11 in dieser Reihenfolge vom Boden aus aufgebracht sind, hergestellt. Die Ladungsinjektionsschicht 16 wird aufgebracht, um das Aufladevermögen des lichtempfindlichen Elementes 1 zu verbessern.
Der elektrische Widerstandswert der Ladungsinjektionsschicht 16, die die äußerste Schicht des lichtempfindlichen Elementes 1 bildet, wird reduziert, indem elektrisch leitende ultramikroskopisch kleine Partikel von SnO₂ o.ä. als Füllmaterial in einem aushärtbaren Harz als Bindemittel, beispielsweise lichtaushärtbarem Acrylharz, verteilt werden.
Speziell werden SnO₂-Partikel, die mit Antimon dotiert sind, um ihren elektrischen Widerstand zu verringern, und einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von etwa 0,03 um besitzen, in einem Gewichtsverhältnis von 70 % im Harz dispergiert, und dieses Harz wird als äußerste Schicht auf das lichtempfindliche Element 1 mit einer Dicke von 1 μm durch Eintauchen aufgebracht. Die auf diese Weise ausgebildete Ladungsinjektionsschicht erhält dann einen spezifischen Widerstand von etwa 1 × 10¹³ Ω·cm. Ohne die Dispersion der elektrisch leitenden Partikel betrug der elektrische Widerstand der Ladungsinjektionsschicht etwa 1 × 10¹⁵ Ω·cm. Diese elektrischen Widerstände wurden in einer Umgebung gemessen, in der die Temperatur und Feuchtigkeit 25°C und 40 % relative Luftfeuchtigkeit betrugen.
Durch die Reduktion des elektrischen Oberflächenwiderstandes wurde das lichtempfindliche Element 1 dieser Ausführungsform effizienter oder geeigneter aufgeladen.
Die wichtigste Eigenschaft der Ladungsinjektionsschicht 16 ist ihr elektrischer Widerstand. Bei einem Verfahren zum Aufladen eines Objektes durch direktes Injizieren von Ladung in das Objekt wird die Effizienz, mit der das Objekt aufgeladen wird, verbessert, indem der elektrische Widerstand auf der Seite des aufzuladenden Objektes reduziert wird. Wenn es sich bei dem aufzuladenden Objekt um ein lichtempfindliches Element handelt, muß ein latentes elektrostatisches Bild für eine bestimmte Zeitdauer aufrechterhalten werden. Daher beträgt der geeignete Bereich für den spezifischen Volumenwiderstand der Ladungsinjektionsschicht 16 1 × 10⁸ – 1 × 10¹⁴ Ω·cm.
Selbst wenn ein lichtempfindliches Element keine Ladungsinjektionsschicht 16 bei dieser Ausführungsform aufweist, kann ein wirksames Äquivalent zu dem durch die Ladungsinjektionsschicht 16 dieser Ausführungsform erzeugten Effekt erreicht werden, wenn beispielsweise der spezifische Volumenwiderstand der Ladungsübertragungsschicht 15 innerhalb des vorstehend genannten Bereiches liegt.
Des weiteren kann ein entsprechender Effekt wie der bei dieser Ausführungsform beschriebene Effekt mit einem lichtempfindlichen Element auf der Basis von amorphem Silicium erzielt werden, dessen Oberflächenschicht einen spezifischen Volumenwiderstand von etwa 10¹³ Ω·cm besitzt.
Somit kann bei dieser Ausführungsform, bei der der elektrische Widerstand der Oberflächenschicht des lichtempfindlichen Elementes 1 in geeigneter Weise gesteuert wird, das lichtempfindliche Element 1 in wünschenswerter Weise über den Kontaktaufladeprozeß aufgeladen werden, und zwar selbst bei einer höheren Prozessgeschwindigkeit. Es kann in wirksamer Weise auf ein gewünschtes Potentialniveau aufgeladen werden und trotzdem das latente elektrostatische Bild aufrechterhalten. Ferner werden der Entwickler und die die Aufladung erleichternden Partikel m nur in einer geeigneten Menge zugeführt, wodurch verhindert wird, daß Trübungen auftreten, die durch die Injektion von elektrischer Ladung in das lichtempfindliche Element 1 über die zum Vorsehen der Entwicklungsvorspannung angelegte Spannung verursacht werden. Daher werden geeignete Bilder selbst bei einer Bilderzeugungsvorrichtung erzeugt, bei der elektrische Ladung von der Entwicklungseinrichtung in das lichtempfindliche Element 1 injiziert wird.
Wie vorstehend beschrieben, kann der elektrische Widerstandswert der Oberflächenschicht eines lichtempfindlichen Elementes so gesteuert werden, daß elektrische Ladung wirksamer in das lichtempfindliche Element injiziert werden kann. Eine derartige Steuerung macht es einfacher, die elektrische Ladung von einer Entwicklungsvorrichtung in das lichtempfindliche Element zu injizieren. Daher findet bei dieser Ausführungsform eine kontaktfreie Entwicklungsvorrichtung Verwendung. Infolgedessen wird sowohl ein wünschenswertes Aufladungsverhalten als auch ein wünschenswertes Entwicklungsverhalten trotz der Verwendung eines lichtempfindlichen Elementes mit einem gesteuerten oder reduzierten elektrischen Flächenwiderstand erreicht.
Die Vorteile von Ausführungsform 9 sind nachfolgend zusammen mit den Auswertungen der anderen Ausführungsformen zusammengefasst.
Die Ausführungsformen 10 und 11 entsprechen im wesentlichen den Ausführungsformen 4 und 5 mit nur wenigen Ausnahmen. Bei den Ausführungsformen 10 und 11 ist der elektrische Widerstand der Oberflächenschicht des lichtempfindlichen Elementes 1 in der vorstehend beschriebenen Weise reduziert.
Wie bei den Ausführungsformen 4 und 5 wurde das Gewichtsverhältnis der die Aufladung erleichternden Partikel m relativ zum Entwickler variiert: 1, 3 und 4 Gewichtsteile der die Aufladung erleichternden Partikel m zu 100 Gewichtsteilen des Entwicklers. Dann wurden die Bilder vergleichsweise ausgewertet.
Die Kriterien für den Bildvergleich sind die gleichen wie bei Ausführungsform 3.

Punkt 1: Auftreten von Phantomerscheinungen in vollen weißen Bereichen oder Bereichen mit Zwischentönungen abstromseitig eines vollen schwarzen Bereiches.
Punkt 2: Auftreten von Trübungen im vollen weißen Bereich.

Auch das Auswertungsverfahren war das gleiche wie bei Ausführungsform 3.

(1) 1 Teil der die Aufladung erleichternden Partikel m pro 100 Teile Toner.
(2) 3 Teile von die Aufladung erleichternden Partikeln m pro 100 Teile Toner.
(3) 4 Teile von die Aufladung erleichternden Partikeln m pro 100 Teile Toner.

Wie aus den obigen Auswertungen hervorgeht, sind Bilder selbst in den Fällen der Ausführungsformen 10 und 11 aufgrund des lichtempfindlichen Elementes 1 geeignet, da der elektrische Widerstand der Oberflächenschicht desselben reduziert wurde, um die Effizienz zu verbessern, mit der elektrische Ladung in das lichtempfindliche Element 1 injiziert wurde. In bezug auf Punkt 2 traten jedoch Trübungserscheinungen bei den Vergleichsbeispielen, d.h. den Ausführungsformen 10 und 11, auf. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß durch die Verringerung des elektrischen Widerstandes der Oberflächenschicht des lichtempfindlichen Elementes 1 die Effizienz, mit der die elektrische Ladung in das lichtempfindliche Element 1 injiziert wird, erhöht wird, so daß daher das lichtempfindliche Element 1 besser mit elektrischer Ladung über eine Entwicklungsvorrichtung vom Kontakttyp injiziert wird. Die Bildqualität wird durch das Auftreten von Trübungserscheinungen, die mit der in das lichtempfindliche Element 1 von der Entwicklungsvorrichtung injizierten elektrischen Ladung verbunden sind, verringert.
Im Vergleich dazu wurde bei Ausführungsform 9 eine Entwicklungsvorrichtung 4 vom kontaktfreien Typ verwendet. Daher wurde keine elektrische Ladung in die Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 injiziert, so daß keine Trübungserscheinungen verursacht wurden. Daher werden geeignete Bilder erzeugt, selbst wenn ein wünschenswertes Aufladeverhalten mit Hilfe eines lichtempfindlichen Elementes mit einem reduzierten elektrischen Oberflächenwiderstand realisiert wird.
Der Entwickler, der in einer Aufladevorrichtung vom kontaktfreien Typ zu verwenden ist, kann entweder ein Zweikomponentenentwickler oder ein nichtmagnetischer Einkomponentenentwickler sein.
Als nächstes werden weitere Ausführungsformen der Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die nachfolgenden Ausführungsformen unterscheiden sich voneinander durch die die Aufladung erleichternden Partikel m, die vorher auf ein Aufladeelement aufgebracht wurden, und die die Aufladung erleichternden Partikel m, die einem Aufladespalt einer Entwicklungsvorrichtung über ein Bildträgerelement zugeführt wurden.
Ausführungsform 12 (6)
6 ist eine schematische Schnittdarstellung eines anderen Ausführungsbeispiels der Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Bilderzeugungsvorrichtung dieser Ausführungsform ist ein reinigerfreier Laserdrucker (Aufzeichnungsvorrichtung), bei dem ein elektrofotografischer Prozeß vom Transfertypp, ein Aufladesystem vom Kontakttyp und ein Kassettensystem Verwendung finden.
(1) Genereller Aufbau des Druckers
Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein aufzuladendes Objekt (Bildträgerelement) bezeichnet. Dieses aufzuladende Objekt 1 ist bei dieser Ausführungsform ein zylindrisches, negativ aufladbares lichtempfindliches Element (negatives lichtempfindliches Element, hiernach als "lichtempfindliche Trommel" bezeichnet), das einen organischen Fotoleiter umfasst. Diese lichtempfindliche Trommel 1 besitzt einen Durchmesser von 30 mm und wird im Uhrzeigersinn, der durch einen Pfeil angedeutet ist, mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 50 mm/sec (Testgeschwindigkeit PS, Druckgeschwindigkeit) angetrieben.
Mit 2 ist eine elektrisch leitende elastische Rolle (hiernach als "Aufladerolle" bezeichnet) als Aufladeelement vom Kontakttyp (Aufladevorrichtung vom Kontakttyp) bezeichnet, die mit einem vorgegebenen Kontaktdruck in Kontakt mit dem lichtempfindlichen Element 1 gebracht ist. Mit n ist ein Aufladespalt bezeichnet, bei dem es sich um die Grenzfläche zwischen dem lichtempfindlichen Element 1 und der Aufladerolle 2 handelt. Die Umfangsfläche der Aufladerolle 2 ist vorher mit elektrisch leitenden Partikeln m1 (hiernach als "die Aufladung erleichternde Partikel für die Aufladevorrichtung" bezeichnet) beschichtet worden. Die Aufladerolle 2 und die die Aufladung erleichternden Partikel m1 für die Aufladevorrichtung werden hiernach beschrieben.
Die Aufladerolle 2 wird so angetrieben, daß ihre Drehrichtung im Aufladespalt n, d.h. die Grenzfläche zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1, entgegengesetzt zu der des lichtempfindlichen Elementes 1 wird, so daß eine Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 vorhanden ist. Des weiteren wird eine vorgegebene Aufladevorspannung von einer Aufladevorspannungsanlegestromquelle S1 auf die Aufladerolle 2 aufgebracht.
Mit der vorstehend beschriebenen Anordnung wird die Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 über ein Direktaufladesystem (Ladungsinjektionssystem) gleichmäßig auf eine vorgegebene Polarität und ein vorgegebenes Potentialniveau aufgeladen. Dies wird später beschrieben.
Mit 3 ist ein Laserscanner (Belichtungsvorrichtung) bezeichnet, der eine Laserdiode, einen Polygon spiegel u.ä. umfasst. Dieser Laserscanner 3 emittiert einen Laserlichtabtaststrahl L, dessen Intensität mit seriellen digitalen elektrischen Signalen moduliert wird, welche durch Digitalisieren der optischen Information eines Sollbildes erzeugt werden, und der die gleichmäßig aufgeladene Umfangsfläche der lichtempfindlichen Trommel 1 abtastet oder belichtet. Infolgedessen wird ein latentes elektrostatisches Bild entsprechend der optischen Information des Sollbildes auf der Umfangsfläche des zylindrischen lichtempfindlichen Elementes 1 ausgebildet.
Mit 4 ist eine Entwicklungsvorrichtung bezeichnet. In den Entwickler t sind elektrisch leitende Partikel m2 (hiernach als "die Aufladung erleichternde Partikel für die Entwicklungsvorrichtung" bezeichnet) eingemischt worden. Das latente elektrostatische Bild auf der Umfangsfläche der zylindrischen lichtempfindlichen Trommel 1 wird über diese Entwicklungsvorrichtung 4 in der Entwicklungsstation a zu einem Tonerbild entwickelt. Diese Entwicklungsvorrichtung 4 und die die Aufladung erleichternden Partikel m2 für die Entwicklungsvorrichtung werden später beschrieben.
Mit 5 ist eine Übertragungsrolle mit einem dazwischen liegenden elektrischen Widerstand bezeichnet. Sie bildet einen Übertragungsspalt b an einem Punkt, an dem sie gegen die Umfangsfläche der lichtempfindlichen Trommel 1 mit einem vorgegebenen Druck gepresst wird. In diesen Übertragungsspalt b wird ein Bogen eines Aufzeichnungsmediums oder ein Übertragungsbogen P, der von einem nicht dargestellten Blattzuführabschnitt abgegeben wird, eingeführt, während eine Übertragungsvorspannung mit einem vorgegebenen Spannungsniveau von einer Übertragungsvorspannungsanlegestromquelle S3 an die Übertragungsrolle 5 gelegt wird. Infolgedessen wird das Tonerbild auf der Seite der lichtempfindlichen Trommel 1 sequentiell von einem Ende zum anderen auf die Oberfläche des Übertragungsbogens P, der in den Übertragungsspalt b eingeführt wurde, übertragen. Bei dieser Ausführungsform beträgt der elektrische Widerstand der Übertragungsrolle 5 5 × 10⁸ Ω, und das Tonerbild wird durch Anlegen einer Gleichspannung von + 2.000 V an die Übertragungsrolle 5 übertragen. Während dieser Bildübertragung wird der Übertragungsbogen P in den Übertragungsspalt b eingeführt, und das Tonerbild, das erzeugt und auf der Umfangsfläche der lichtempfindlichen Trommel 1 gehalten wurde, wird sequentiell von einem Ende des Bildes zum anderen auf die Oberseite des Übertragungsbogens P über die elektrostatische Kraft und den Spaltdruck übertragen, während der Übertragungsbogen P durch den Übertragungsspalt b gefördert und von der Übertragungsrolle 5 sowie der lichtempfindlichen Trommel 1 festgeklemmt wird.
Mit 6 ist eine Fixiervorrichtung bezeichnet. Nachdem der Übertragungsbogen P in den Übertragungsspalt b eingeführt worden ist und das von der Seite der lichtempfindlichen Trommel 1 übertragene Tonerbild empfangen hat, wird der Übertragungsbogen P von der Umfangsfläche der zylindrischen lichtempfindlichen Trommel 1 getrennt und dann in die Fixiervorrichtung 6 geführt, in der das To nerbild permanent am Übertragungsbogen P fixiert wird. Danach wird der Übertragungsbogen P von der Vorrichtung als Druck oder Kopie abgegeben.
Der Drucker dieser Ausführungsform ist als reinigerfreier Typ ausgebildet. Somit wird der restliche Toner oder der Toner, der auf der Umfangsfläche der zylindrischen lichtempfindlichen Trommel 1 nach Übertragung eines Tonerbildes auf einen Übertragungsbogen P zurückbleibt, nicht von einem bestimmten Reiniger (Reinigungsvorrichtung) entfernt, sondern statt dessen zum Ort der Aufladerolle 2 oder des Aufladespaltes n geführt. Wenn die lichtempfindliche Trommel 1 weitergedreht wird, wird der restliche Toner zur Entwicklungsstation a geführt, in der er von der Entwicklungsvorrichtung zur gleichen Zeit, wie das latente elektrostatische Bild entwickelt wird, entfernt (rückgewonnen) wird (Tonerrecyclingprozeß).
Mit 7 ist eine Prozesskassette bezeichnet, die austauschbar in der Haupteinheit eines Druckers installierbar ist. Diese Prozesskassette der vorliegenden Ausführungsform umfasst drei Prozessvorrichtungen: eine lichtempfindliche Trommel 1, eine Aufladerolle 2 und eine Entwicklungsvorrichtung 4. Die drei Vorrichtungen sind auf integrierte Weise in einer Kassette angeordnet, die entfernbar in der Haupteinheit eines Druckers installierbar ist. Die Kombination der Prozessvorrichtungen, die in der Prozeßkassette angeordnet sind, ist nicht auf die vorstehend beschriebene Kombination beschränkt, sondern optional. Mit 8 und 8 sind Führungen bezeichnet, die eine Prozesskassette führen, wenn die Prozesskassette installiert oder entfernt wird, und die die Prozesskassette nach der Installation halten.
(2) Aufladerolle 2
Die Aufladerolle 2 als Kontakttypaufladeelement dieser Ausführungsform besteht aus einem Metallkern 2a und einer Schicht 2b aus elastischem Material, wie Gummi oder Schaummaterial, das auf der Umfangsfläche des Metallkernes 2a angeordnet ist. Die elastische Schicht 2b besitzt einen mittleren Widerstand.
Die Schicht 2b mit mittlerem Widerstand besteht aus einem Harz (beispielsweise Urethan), elektrisch leitenden Partikeln (beispielsweise Ruß), einem Sulfurisiermittel, einem Schaummittel etc. und ist auf die Umfangsfläche des Metallkernes 2a aufgebracht, um zusammen mit dem Metallkern 2 eine Rolle zu bilden. Nach der Aufbringung auf den Metallkern 2a wird die Oberfläche der Schicht 2b mit mittlerem Widerstand poliert, falls erforderlich, um die Aufladerolle 2 zu erhalten, d.h. eine elektrisch leitende elastische Rolle, die einen Durchmesser von 12 mm und eine Länge von 200 mm besitzt.
Der gemessene elektrische Widerstand der Aufladerolle 2 dieser Ausführungsform betrug 100 kΩ. Genauer gesagt, der Widerstand der Aufladerolle 2 wurde in der folgenden Weise gemessen. Die Aufladerolle 2 wurde in Kontakt mit einer Aluminiumtrommel mit einem Durchmesser von 30 mm gebracht, so daß der Metallkern 2a der Aufladerolle 2 einer Gesamtbelastung von 1 kg ausgesetzt wurde. Dann wurde der Widerstand der Aufladerolle 2 gemessen, während 100 V zwischen den Metallkern 2a und die Aluminiumtrommel gelegt wurden.
Bei dieser Ausführungsform ist es wichtig, daß die Aufladerolle 2, bei der es sich um ein Aufladeelement vom Kontakttyp handelt, als Elektrode funktioniert. Mit anderen Worten, die Aufladerolle 2, die ein Aufladeelement vom Kontakttyp darstellt, muß elastisch sein, so daß sie in der Lage ist, einen gewünschten Kontaktzustand zwischen der Aufladerolle 2 und dem aufzuladenden Objekt herzustellen, und ihr elektrischer Widerstand muß ausreichend niedrig sein, um ein sich bewegendes Objekt aufzuladen. Andererseits muß sie in der Lage sein, zu verhindern, daß Spannung durch die fehlerhaften Abschnitte in bezug auf den elektrischen Widerstand, beispielsweise feine Löcher, eines aufzuladenden Objektes, wenn derartige Defekte vorhanden sind, leckt. Wenn es sich daher bei dem aufzuladenden Objekt um ein elektrofotografisches lichtempfindliches Element handelt, sollte der elektrische Widerstand der Aufladerolle 2 in einem Bereich von 10⁴ – 10⁷ Ω liegen, so daß ein zufriedenstellendes Aufladeverhalten und ein zufriedenstellender Leckwiderstand verwirklicht werden.
Auf die Umfangsfläche dieser Aufladerolle 2 sind die elektrisch leitenden, die Aufladung erleichternden Partikel m1 für eine Aufladevorrichtung vorher gleichmäßig aufgebracht worden.
Damit die Aufladerolle 2 in der Lage ist, die die Aufladung erleichternden Partikel m1 zu erhalten, sollte die Umfangsfläche der Aufladerolle 2 mit mikroskopisch kleinen Unregelmäßigkeiten wie die Oberfläche eines Schwammes versehen sein.
Was die Härte der Aufladerolle 2 anbetrifft, so wird die Form der Aufladerolle zu instabil, um den gewünschten Kontaktzustand zwischen der Aufladerolle 2 und dem aufzuladenden Objekt aufrechtzuerhalten, wenn die Härte zu gering ist. Wenn sie zu groß ist, kann die Aufladerolle 2 keinen wünschenswerten Aufladespalt zwischen sich und dem aufzuladenden Objekt bilden und wird auch der Kontaktzustand zwischen der Aufladerolle 2 und dem aufzuladenden Objekt innerhalb des Aufladespaltes in bezug auf das mikroskopisch kleine Niveau schlechter. Daher beträgt der wünschenswerte Härtebereich der Aufladerolle 2 25 bis 50° auf der Asker-C-Skala.
Das Material für die Aufladerolle 2 ist nicht auf das vorstehend beschriebene elastisch ausgebildete Material beschränkt. Zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Material ist es möglich, EPDM, Urethan, NBR, Silikonkautschuk, IR u.ä. zu verwenden, in welchen Materialien elektrisch leitende Partikel, wie Ruß oder Metalloxidpartikel, dispergiert worden sind. Des weiteren sind die Schaumversionen dieser Materialien geeignet. Es versteht sich, daß der Widerstand dieser Materialien auch mit Hilfe von ionenleitendem Material eingestellt werden kann, anstelle die elektrisch leitenden Partikel zu dispergieren.
Die Aufladerolle 2 wird mit der lichtempfindlichen Trommel 1 als aufzuladendem Objekt gegen ihre eigene Elastizität mit einem vorgegebenen Kontaktdruck gepresst.
Bei dieser Ausführungsform wird die Aufladerolle 2 im durch einen Pfeil angedeuteten Uhrzeigersinn mit etwa 80 UpM gedreht, so daß sich die Umfangsflächen der Aufladerolle 2 und des lichtempfindlichen Elementes 1 mit der gleichen Geschwindigkeit in entgegengesetzten Richtungen im Aufladespalt n bewegen. Mit anderen Worten, die Aufladerolle 2 und das lichtempfindliche Element werden so angetrieben, daß eine Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der Oberfläche der Aufladerolle 2 als Kontaktaufladeelement und der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 als aufzuladendem Objekt vorhanden ist.
An den Metallkern 2a der Aufladerolle 2 wird eine Gleichspannung von –700 V als Aufladevorspannung einer Aufladevorspannungsanlegestromquelle S1 gelegt.
Bei dieser Ausführungsform wird die Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 über ein Direktaufladesystem gleichmäßig auf ein Potentialniveau von –680 V aufgeladen, das im wesentlichen dem Niveau der an die Aufladerolle 2 angelegten Spannung entspricht.
(3) Entwicklungsvorrichtung 4
Bei der Entwicklungsvorrichtung 4 handelt es sich um eine Entwicklungsvorrichtung vom Umkehrtyp (Reversal- Typ), bei der magnetischer Einkomponenten-Toner (negativer Toner) als Entwickler t Verwendung findet.
Mit 4a ist eine nichtmagnetische Entwicklungshülse als Entwicklerträgerelement bezeichnet, die eine magnetische Rolle 4b beherbergt und drehbar angetrieben wird. Der Entwickler t wird über ein Regulierblatt 4c in einer dünnen Schicht auf diese drehbare Entwicklungshülse 4a aufgebracht.
Der Entwickler t wird in bezug auf die Dicke seiner Schicht über das Regulierblatt 4c geregelt und ferner vom Regulierblatt 4c elektrisch aufgeladen, wenn er auf die Entwicklungshülse 4a aufgebracht wird.
Der auf die drehbare Entwicklungshülse 4a aufgebrachte Entwickler wird zur Entwicklungsstation a, d.h. der Grenzfläche zwischen dem lichtempfindlichen Element 1 und der Hülse 4a, wenn die Hülse 4a gedreht wird, geführt. An die Hülse 4a wird eine Entwicklungsvorspannung von einer Entwicklungsvorspannungsanlegestromquelle S2 gelegt. Die bei dieser Ausführungsform verwendete Entwicklungsvorspannung ist eine aus einer Gleichspannung von –500 V und einer Wechselspannung mit einer Frequenz von 1.800 Hz, einer Spitzen-Spitzen-Spannung von 1.600 V und einer rechteckige Wellenform zusammengesetzte Spannung. Mit dieser Anordnung wird ein latentes elektrostatisches Bild auf der Seite des lichtempfindlichen Elementes 1 in ein Tonerbild entwickelt.
Der Entwickler t, bei dem es sich um einen Einkomponententoner handelt, besteht aus einem Bindemittelharz, magnetischen Partikeln und Ladungssteuerpartikeln, die über einen der nachfolgenden Herstellschritte Mischen-Kneten, Pulverisieren und Klassieren hergestellt worden sind. Nach dem Klassierschritt wird ein Fluidisiermittel zugesetzt, um den Entwickler t zu vervollständigen. Der gewichtsgemittelte Partikeldurchmesser (D4) betrug etwa 7 μm.
Bei dieser Ausführungsform werden die elektrisch leitenden, die Aufladung erleichternden Partikel m2 für die Entwicklungsvorrichtung dem Entwickler t zugesetzt.
(4) Die Aufladung erleichternde Partikel m1 für die Aufladevorrichtung und m2 für die Entwicklungsvorrichtung.
a) Die Aufladung erleichternde Partikel m1 für die Aufladevorrichtung
Bei dieser Ausführungsform finden elektrisch leitende Zinkoxid-Partikel, die einen spezifischen Widerstand von 10⁶ Ω·cm und einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 30 μm besitzen, als die Aufladung erleichternde Partikel m1 für die Aufladevorrichtung Verwendung. Diese Partikel werden vorher auf die Umfangsfläche der Aufladerolle 2 als Aufladeelement vom Kontakttyp gleichmäßig aufgebracht.
Die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m1 für die Entwicklungsvorrichtung, die vorher auf die Umfangsfläche der Aufladerolle 2 aufzubringen sind, solle etwa 1.000 bis 5 × 100.000 Partikel/mm² betragen. Wenn sie geringer ist als 1.000 Partikel/mm², ist die Effizienz, mit der das lichtempfindliche Element 1 aufgeladen wird, zu Beginn eines Druckvorganges gering. Wenn sie mehr als 5 × 100.000 Partikel/mm² beträgt, ist die Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m1, die sich von der Aufladerolle 2 trennt und auf das lichtempfindliche Element 1 übertragen wird, groß, wodurch das lichtempfindliche Element 1 unabhängig vom Lichtdurchlässigkeitsvermögen der die Aufladung erleichternden Partikel m1 unzureichend belichtet wird.
Das Verfahren zum Messen der Menge der Partikel auf der Umfangsfläche der Aufladerolle 2 läuft wie folgt ab. Die Umfangsfläche der Aufladerolle 2 wird über ein Videomikroskop (Produkt der Firma Olympus: OVM1000N) und einen Digitalrecorder (Produkt der Firma Deltis: SR-3100) fotografiert. Beim Fotografieren der Umfangsfläche der Aufladerolle 2 wird diese gegen ein Objektträgerglas unter den gleichen Bedingungen gepresst, wie die Aufladerolle 2 gegen die lichtempfindliche Trommel 1 gepreßt wird, und es werden nicht weniger als 10 Punkte auf der Grenzfläche zwischen der Aufladerolle 2 und dem Objektträgerglas mit Hilfe des Videomikroskopes, das mit einem Objektiv mit einer Vergrößerung von 1.000 versehen ist, von einer Stelle hinter dem Objektträgerglas fotografiert. Die auf diese Weise erhaltenen Digitalbilder werden unter Verwendung einer vorgegebenen Schwelle digital verarbeitet. Dann wird die Anzahl der Zellen, in denen die Aufladung erleichternde Partikel vorhanden sind, mit Hilfe einer speziellen Bildverarbeitungssoftware berechnet.
Der Partikeldurchmesser der die Aufladung erleichternden Partikel m1 für die Aufladevorrichtung wurde kleiner gemacht als der die Aufladung erleichternden Partikel m2 für die Entwicklungsvorrichtung, damit diese sich weniger von der Umfangsfläche der Aufladerolle 2 trennen.
Hinsichtlich der Adhäsion an der Umfangsfläche der Aufladerolle 2 und der gleichmäßigen Aufladung des lichtempfindlichen Elementes 1 sollte der Partikeldurchmesser der die Aufladung erleichternden Partikel m1 für die Aufladevorrichtung kleiner sein, d.h. kleiner als der die Aufladung erleichternden Partikel m2 für die Entwicklungsvorrichtung. Genauer gesagt, er sollte nicht mehr als 500 mm betragen. Angesichts der Stabilität der Partikel sind 10 mm die untere Grenze.
Was das Material der die Aufladung erleichternden Partikel anbetrifft, so sind auch viele andere elektrisch leitende Partikel verwendbar, beispielsweise andere Metalloxide als das vorstehend erwähnte Zinkoxid, ein Gemisch aus elektrisch leitenden Partikeln und organischen Materialien und Partikel, die durch Behandlung der Oberfläche dieser Partikel hergestellt werden.
Der spezifische Widerstand der die Aufladung erleichternden Partikel sollte nicht mehr als 10¹² Ω·cm, vor zugsweise nicht mehr als 10¹⁰ Ω·cm, betragen, da elektrische Ladung über die die Aufladung erleichternden Partikel abgegeben oder empfangen wird.
Um ein Objekt gleichmäßig aufzuladen, sollte der durchschnittliche Durchmesser der die Aufladung erleichternden Partikel 3 nicht mehr als 50 μm betragen.
Wenn ein die Aufladung erleichternder Partikel 3 die Form eines Kornes besitzt, wird der Durchmesser des Kornes als durchschnittlicher Durchmesser der die Aufladung erleichternden Körner definiert.
Der Durchmesser des die Aufladung erleichternden Kornes wird auf der Basis des folgenden Verfahrens ermittelt. Zuerst werden 100 oder mehr Körner mit Hilfe eines optischen Mikroskops oder Elektronenmikroskops ausgewählt, und es werden ihre maximalen Sehnenlängen in Horizontalrichtung gemessen. Dann wird die volumetrische Partikelverteilung aus dem Messergebnis berechnet. Auf der Basis dieser Verteilung wird ein 50 %-durchschnittlicher Korndurchmesser berechnet und als durchschnittlicher Korndurchmesser der die Aufladung erleichternden Körner verwendet.
Wie vorstehend beschrieben, befinden sich die die Aufladung erleichternden Partikel im Primärstadium, d.h. Pulverzustand, sowie im Sekundärstadium, d.h. Kornzustand. Kein Zustand erzeugt ein Problem. Ob sich die die Aufladung erleichternden Partikel im Pulverzustand oder im Kornzustand bzw. Granulatzustand befinden, spielt solange keine Rolle, wie die Partikel ihre Funktion als die Aufladung erleichternde Partikel erfüllen können.
Die die Aufladung erleichternden Partikel m sollten farblose und transparente oder virtuell farblose und transparente Partikel sein, so daß sie kein Hindernis bilden, wenn sie zur Erleichterung des Prozesses verwendet werden, in dem ein lichtempfindliches Element 1 zur Ausbildung eines latenten Bildes belichtet wird. Dies ist ziemlich wichtig im Hinblick auf die Tatsache, daß die die Aufladung erleichternden Partikel vom lichtempfindlichen Element auf einen Aufzeichnungsbogen P überführt werden können, wenn ein Bild in Farbe aufgezeichnet wird.
b) Die Aufladung erleichternde Partikel m2 für die Entwicklungsvorrichtung
Bei dieser Ausführungsform finden elektrisch leitende Zinkoxidpartikel, die einen spezifischen Widerstand von 10⁶ Ω·cm und einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 3 μm besitzen, als die Aufladung erleichternde Partikel m2 für die Entwicklungsvorrichtung Verwendung, die dem Toner t zugesetzt werden. Das Verhältnis zwischen den die Aufladung erleichternden Partikeln m2 für die Entwicklungsvorrichtung und dem Toner t beträgt 2 Gewichtsteile der die Aufladung erleichternden Partikel m2 pro 100 Gewichtsteile des Toners t.
Mit Ausnahme des Partikeldurchmessers entsprechen die die Aufladung erleichternden Partikel m2 für die Ent wicklungsvorrichtung den die Aufladung erleichternden Partikeln m1 für die Aufladevorrichtung, die vorstehend beschrieben wurde.
Wenn der Partikeldurchmesser der die Aufladung erleichternden Partikel m2 für die Entwicklungsvorrichtung extrem gering ist, bedecken die die Aufladung erleichternden Partikel m2, die einen niedrigen elektrischen Widerstand besitzen, die Oberflächen der Tonerpartikel und verhindern, daß die Tonerpartikel durch Reibung ausreichend aufgeladen werden, sowie verringern auf diese Weise die Effizienz, mit der das lichtempfindliche Element 1 aufgeladen wird. Wenn im Gegensatz dazu der Partikeldurchmesser der die Aufladung erleichternden Partikel m2 extrem groß ist, können die die Aufladung erleichternden Partikel m2 Licht während eines Belichtungsvorganges blockieren, oder ihre Anwesenheit zwischen den Tonerpartikeln kann zu auffällig sein, so daß ein unnatürlicher Eindruck entsteht, der die Bildqualität verringert. Somit sollte der Partikeldurchmesser der elektrisch leitenden Partikel, die dem Entwickler zuzusetzen sind, nicht weniger als 0,1 μm und nicht mehr als der Partikeldurchmesser des Toners betragen.
c) Funktionen der Partikel m1 und m2

(1) Die vorstehend erwähnten die Aufladung erleichternden Partikel m1 für die Aufladevorrichtung und die Aufladung erleichternden Partikel m2 für die Entwicklungsvorrichtung sind Partikel, deren Aufgabe darin besteht, einen Aufladeprozeß zu erleichtern. Diese Partikel m1 und m2 werden in einem Aufladespalt n, d.h. der Grenzfläche zwischen dem lichtempfindlichen Element 1 als aufzuladendem Objekt und der Aufladerolle 2 als Kontaktaufladeelement, angeordnet, um den Schmiereffekt der Partikel m1 und m2 auszunutzen und auf diese Weise die Reibung zwischen den Umfangsflächen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 zu reduzieren. Dies deswegen, weil es praktisch unmöglich ist, die Aufladerolle 2 in Kontakt mit dem lichtempfindlichen Element 1 zu drehen, während eine Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz gegenüber dem lichtempfindlichen Element 1 aufrechterhalten wird, wenn nicht die Reibung zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 reduziert wird. Das Vorhandensein der Partikel m1 und/oder m2 im Aufladespalt n ermöglicht ferner nicht nur, daß die Aufladerolle 2 in einfacher und wirksamer Weise in Kontakt mit dem lichtempfindlichen Element 1 gedreht werden kann, während eine Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz relativ zum lichtempfindlichen Element 1 aufrechterhalten wird, sondern verbessert auch den Kontaktzustand zwischen den Umfangsflächen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1, d.h. eliminiert die mikroskopischen Lücken zwischen den beiden Flächen soviel wie möglich, so daß auf diese Weise die Kontaktdauer zwischen den beiden Oberflächen erhöht wird.

Durch die Erzeugung der Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 wird die Frequenz, mit der die elektrisch leitenden Partikel m1 und/oder m2 einen Kontakt mit dem lichtempfindlichen Element 1 herstellen, drastisch er höht oder die Dauer ihres Kontaktes mit dem lichtempfindlichen Element 1 vergrößert, mit anderen Worten die elektrisch leitenden Partikel m1 und/oder m2, die an der Grenzfläche zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 vorhanden sind, reiben die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 und lassen im wesentlichen keine Lücke zwischen den Oberflächen der Aufladerolle 2 und des lichtempfindlichen Elementes 1 zurück, wodurch ein solcher Kontaktzustand zwischen den beiden Oberflächen erzeugt wird, daß elektrische Ladung tatsächlich direkt in das lichtempfindliche Element 1 injiziert werden kann. Mit anderen Worten, durch das Vorhandensein der elektrisch leitenden Partikel m1 und/oder m2 zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 wird der Direktauflademechanismus (Ladungsinjektion) zum dominanten Mechanismus bei der Kontaktaufladung des lichtempfindlichen Elementes 1 durch die Aufladerolle 2.
Es ist daher möglich, eine höhere Aufladeeffizienz zu erzielen, die ein Aufladeverfahren auf Basis einer Aufladerolle vor der vorliegenden Erfindung nicht erreichen konnte. Das lichtempfindliche Element 1 kann auf ein Potentialniveau aufgeladen werden, das im wesentlichen dem Niveau der an die Aufladerolle 2 gelegten Spannung entspricht.
Selbst wenn daher die Aufladerolle 2 als Aufladeelement vom Kontakttyp verwendet wird, muß das Niveau der an die Aufladerolle 2 zur Aufladung des lichtempfindlichen Elementes 1 anzulegenden Vorspannung im wesentlichen nur dem Potentialniveau entsprechen, auf das das lichtempfindliche Element 1 aufzuladen ist, wodurch es möglich wird, ein Aufladesystem vom Kontakttyp oder eine Vorrichtung, die nicht auf einer elektrischen Entladung basiert, d.h. ein sicheres und zuverlässiges Aufladesystem vom Kontakttyp oder eine entsprechende Vorrichtung, zu realisieren.

(2) Die elektrisch leitenden, die Aufladung erleichternden Partikel m1 für die Aufladevorrichtung werden vorher auf die Umfangsfläche der Aufladerolle 2 aufgebracht, damit das lichtempfindliche Element 1 von der Aufladerolle 2 vom Beginn eines Druckvorganges an über den vorstehend erwähnten Direktaufladeprozeß aufgeladen werden kann.
(3) Die elektrisch leitenden, die Aufladung erleichternden Partikel m2 für die Entwicklungsvorrichtung werden in den Entwickler t gemischt, so daß eine geeignete Menge zusammen mit den Tonerpartikeln auf das lichtempfindliche Element 1 in der Entwicklungsstation a überführt wird, wenn ein latentes elektrostatisches Bild auf dem lichtempfindlichen Element 1 von der Entwicklungsvorrichtung 4 zu einem Tonerbild entwickelt wird.

Im Übertragungsspalt b wird das Tonerbild auf der lichtempfindlichen Trommel 1 durch die Übertragungsvorspannung beeinflusst, d.h. in Richtung auf den Übertragungsbogen P angezogen, und aggressiv auf den Übertragungsbogen P übertragen. Die die Aufladung erleichternden Partikel für die Entwicklungsvorrichtung auf der licht empfindlichen Trommel 1 werden jedoch nicht aggressiv auf den Übertragungsbogen P übertragen und verbleiben auf der Umfangsfläche der lichtempfindlichen Trommel 1 und haften praktisch an dieser, da sie elektrisch leitend sind.
Des weiteren ist der Drucker von einem reinigerfreien Typ, so daß daher die die Aufladung erleichternden Partikel m2 für die Entwicklungsvorrichtung, die auf der Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 nach der Bildübertragung verbleiben, nicht vom lichtempfindlichen Element 1 entfernt werden und durch die Bewegung der Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 unmittelbar zum Aufladespalt n oder zur Grenzfläche zwischen dem lichtempfindlichen Element 1 und der Aufladerolle 2 überführt werden, wo sie an der Aufladerolle 2 haften. Die Aufladerolle 2 wird auf diese Weise mit den die Aufladung erleichternden Partikeln m2 für die Entwicklungsvorrichtung versehen.
Offensichtlich fällt eine bestimmte Menge der elektrisch leitenden Partikel der Aufladerolle 2 herab. Im Betrieb eines Druckers werden jedoch die elektrisch leitenden, die Aufladung erleichternden Partikel m2 für die Entwicklungsvorrichtung, die in den Entwickler t in der Entwicklungsvorrichtung 4 gemischt sind, durch die Bewegung der Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 kontinuierlich auf das lichtempfindliche Element 1 in der Entwicklungsstation a übertragen, durch den Übertragungsspalt b geführt und dann an den Aufladespalt n abgegeben. Mit anderen Worten, die die Aufladung erleich ternden Partikel m2 für die Entwicklungsvorrichtung werden kontinuierlich der Aufladerolle 2 im Aufladespalt n zugeführt, wodurch die Anwesenheit der elektrisch leitenden Partikel m1 und/oder m2 im Aufladespalt n sichergestellt wird, was wiederum sicherstellt, daß das lichtempfindliche Element 1 über die Dauer eines Druckvorganges vom Beginn des Druckvorganges an in wünschenswerter Weise aufgeladen wird, obwohl ein bestimmter Prozentsatz der elektrisch leitenden Partikel von der Aufladerolle 2 herabfällt.
Die elektrisch leitenden Partikel, die von der Aufladerolle 2 herabfallen, werden von der Entwicklungsvorrichtung 4 wiedergewonnen, in der sie in den Entwickler t gemischt werden, um recycelt zu werden.

(4) Da es sich bei dem Drucker um einen reinigerfreien Typ handelt, wird der Toner, der auf der Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 nach der Bildübertragung zurückbleibt, ohne von einem Reiniger entfernt zu werden, dem Aufladespalt n, d.h. der Grenzfläche zwischen dem lichtempfindlichen Element 1 und der Aufladerolle 2, zugeführt, wobei er an der Aufladerolle 2 haftet. Bei dieser Ausführungsform sind jedoch die elektrisch leitenden Partikel m1 und/oder m2 immer im Aufladespalt n oder der Grenzfläche zwischen dem lichtempfindlichen Element 1 und der Aufladerolle 2 vorhanden. Daher wird der Kontakt zwischen dem lichtempfindlichen Element 1 und der Aufladerolle 2 in bezug auf die mikroskopisch kleinen Lücken und die Reibung trotz der Verunreinigung der Aufladerolle 2 mit dem restlichen To ner, d.h. der vorstehend erwähnten Adhäsion des Toners an der Aufladerolle 2, in einem wünschenswerten Zustand gehalten. Somit benötigt das Direktaufladesystem gemäß der vorliegenden Erfindung eine relativ niedrige Spannung zur Aufladung des lichtempfindlichen Elementes 1, erzeugt daher kein Ozon und ist trotzdem in der Lage, das lichtempfindliche Element 1 über eine lange Zeitdauer gleichmäßig aufzuladen.

Die Aufladerolle 2 wird mit dem lichtempfindlichen Element 1 in Kontakt gebracht und kann trotzdem eine Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz relativ zum lichtempfindlichen Element 1 aufrechterhalten. Daher wird der restliche Toner, der unter Aufrechterhaltung eines Phantommusters des gerade übertragenen Bildes vom Übertragungsspalt a zum Aufladespalt n bewegt wird, durch die Aufladerolle 2 im Spalt n zerstört, wodurch das Phantommuster verloren geht. Auf diese Weise tritt das Muster des vorhergehenden Bildes nicht als Phantommuster in den Zwischentönungsbereichen eines fertigen Drucks auf.
Der restliche Toner, der an der Aufladerolle 2 haftet, wird von der Aufladerolle 2 allmählich auf das lichtempfindliche Element 1 ausgestoßen, durch die Bewegung der Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes 1 zur Entwicklungsstation geführt und dann von der Entwicklungseinrichtung zur gleichen Zeit gereinigt (wiedergewonnen), wie das latente Bild auf dem lichtempfindlichen Element 1 entwickelt wird.
Ausführungsform 13 (2)
Diese Ausführungsform entspricht im wesentlichen Ausführungsform 12, mit der Ausnahme, daß der elektrische Widerstand der Oberflächenschicht des lichtempfindlichen Elementes 1 als aufzuladendem Objekt so eingestellt wird, daß das lichtempfindliche Element 1 gleichmäßiger und zuverlässiger aufgeladen werden kann.
Genauer gesagt, der elektrische Widerstand der Oberflächenschicht des lichtempfindlichen Elementes 1 wird in einen Bereich reduziert, in dem ein auf dem lichtempfindlichen Element 1 erzeugtes latentes elektrostatisches Bild nicht vernichtet wird. Mit dieser Anordnung kann zusammen mit dem Vorhandensein der die Aufladung erleichternden Partikel m1 und/oder m2 an der Grenzfläche zwischen dem lichtempfindlichen Element 1 und der Aufladerolle 2 eine elektrische Ladung auf wirksame Weise von der Aufladerolle 2 auf das lichtempfindliche Element 1 übertragen werden, selbst wenn die wahre Größe der Grenzfläche durch die Adhäsion des restlichen Toners an der Aufladerolle 2 verringert wird.
2 ist eine vergrößerte schematische Schnittansicht eines Abschnittes des lichtempfindlichen Elementes 1, das mit der Ladungsinjektionsschicht bei dieser Ausführungsform versehen ist, und zeigt die laminare Struktur des lichtempfindlichen Elementes 1. Bei dieser Ausführungsform wird das lichtempfindliche Element 1 durch Aufbringen einer Ladungsinjektionsschicht 16 auf die Umfangsfläche eines üblichen lichtempfindlichen Elementes, das aus einer Aluminiumtrommel 11 (Basiselement) und diversen Schichten besteht, nämlich einer Unterschicht 12, einer Positivladungsinjektionsverhinderungsschicht 13, einer Ladungserzeugungsschicht 14 und einer Ladungsübertragungsschicht 15, die in dieser Reihenfolge vom Boden an auf der Aluminiumtrommel 11 angeordnet sind, hergestellt. Die Ladungsinjektionsschicht 16 wird aufgebracht, um das Aufladevermögen des lichtempfindlichen Elementes 1 zu verbessern.
Die Ladungsinjektionsschicht 16 besteht aus einem Bindemittel, elektrisch leitenden Partikeln 16a (einem elektrisch leitenden Füllmaterial), einem Schmiermittel, einem Polymerisationsinitiator u.ä. Das Bindemittel ist lichtaushärtbares Acrylharz, und bei den elektrisch leitenden Partikeln 16a handelt es sich um ultramikroskopisch kleine Partikel aus SnO₂ (etwa 0,03 μm im Durchmesser). Das Schmiermittel ist Tetrafluorethylen (Teflon). Das Füllmaterial, das Schmiermittel, der Polymerisationsinitiator u.ä. werden in das Bindemittel gemischt. Dann wird das Gemisch auf ein übliches lichtempfindliches Element aufgebracht und mit Licht ausgehärtet.
Die wichtigste Eigenschaft der Ladungsinjektionsschicht 16 ist ihr elektrischer Widerstand. Im Falle eines Verfahrens zum Aufladen eines Objektes durch direktes Injizieren von Ladung in das Objekt wird die Effizienz, mit der ein Objekt aufgeladen wird, verbessert, indem der elektrische Widerstand auf der Seite des aufzuladenden Objektes verringert wird. Wenn es sich bei dem aufzuladenden Objekt um ein lichtempfindliches Element handelt, muß ein latentes elektrostatisches Bild über eine bestimmte Zeitdauer aufrechterhalten werden. Daher beträgt der geeignete Bereich für den spezifischen Volumenwiderstand der Ladungsinjektionsschicht 16 1 × 10⁹ – 1 × 10¹⁴ Ω·cm.
Selbst wenn ein lichtempfindliches Element keine Ladungsinjektionsschicht 16, wie die bei dieser Ausführungsform beschriebene Schicht, aufweist, kann ein Effekt, der dem von der Ladungsinjektionsschicht 16 dieser Ausführungsform erzeugten Effekt äquivalent ist, erreicht werden, wenn beispielsweise der spezifische Volumenwiderstand der Ladungsübertragungsschicht 15 im obigen Bereich liegt.
Des weiteren kann ein Effekt wie bei dieser Ausführungsform über ein lichtempfindliches Element auf der Basis von amorphem Silicium erreicht werden, dessen Oberflächenschicht einen spezifischen Volumenwiderstand von etwa 10¹³ Ω·cm besitzt.
(Auswertung der Ausführungsformen 12 und 13)
Die Vorteile der Ausführungsformen 12 und 13 werden nachfolgend mit denen der Ausführungsformen 14 und 15 wiedergegeben. Tabelle 2

* Außerhalb des Erfindungsumfanges

Ausführungsform 14
Diese Ausführungsform entspricht im wesentlichen der Ausführungsform 12, mit der Ausnahme, daß die die Aufladung erleichternden Partikel m1 für die Aufladevorrichtung nicht vorher auf die Aufladerolle 2 aufgebracht wurden, obwohl eine vorgegebene Menge der die Aufladung erleichternden Partikel m2 für die Entwicklungsvorrichtung in den Entwickler e gemischt wurden. Somit liegt Ausführungsform 14 außerhalb des Umfangs der Erfindung.
Ausführungsform 15
Diese Ausführungsform entspricht im wesentlichen Ausführungsform 12, mit der Ausnahme, daß der Partikeldurchmesser der die Aufladung erleichternden Partikel m1 für die Aufladevorrichtung, die auf die Aufladerolle 2 aufgebracht wurden, 3 μm betrug, wobei dieser Durchmesser dem der die Aufladung erleichternden Partikel m2 für die Entwicklungsvorrichtung entsprach.
(Auswertung des Aufladeverhaltens)
Bei jeder Ausführungsform 12-15 wurden Bilderzeugungsvorrichtungen (Drucker) mit unterschiedlichen Druckgeschwindigkeiten (50 mm/sec und 100 mm/sec) verwendet, und die Bildqualität wurde in bezug auf Unregelmäßigkeiten ausgewertet. Die Umdrehungen der Aufladerolle 2 wurden so eingestellt, daß das Umfangsgeschwindigkeitsverhältnis zwischen der Aufladerolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 unabhängig von der Druckgeschwindigkeit über die Bilderzeugungsvorrichtungen gleich blieb.

NG: Spuren einer unzureichenden Aufladung selbst in vollen weißen Bereichen.
F: Keine Spur einer unzureichenden Aufladung in vollen weißen Bereichen, jedoch Spuren einer unzureichenden Aufladung in Zwischentönungsbereichen.
G: Keine Spur einer unzureichenden Aufladung in vollen weißen Bereichen und Zwischentönungsbereichen.

Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, war im Falle von Ausführungsform 14, bei dem die die Aufladung erleichternden Partikel m1 für die Aufladevorrichtung vorher auf die Aufladerolle 2 aufgebracht worden waren, das Aufladeverhalten zu Beginn eines Druckvorganges nicht wünschenswert, verbesserte sich jedoch allmählich nach der Erzeugung von etwa 100 Drucken. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die die Aufladung erleichternden Partikel m2, die dem Entwickler t in der Entwicklungsvorrichtung 4 hinzugefügt wurden, allmählich an den Aufladespalt n abgegeben wurden. Nach der Herstellung von etwa 10.000 Drucken wurde jedoch die Menge der Substanz mit hohem elektrischen Widerstand, wie Toner oder Papierstaub, die an der Umfangsfläche der Aufladerolle 2 haftete, ziemlich groß, wodurch sich das Aufladeverhalten verschlechterte. Infolgedessen traten Spuren einer unzureichenden Aufladung, d.h. von Unregelmäßigkeiten, in den Zwischentönungsbereichen der fertigen Bilder auf.
Bei Ausführungsform 15 war das Aufladeverhalten zu Beginn eines Druckvorganges auf einem wünschenswerten Niveau, da die die Aufladung erleichternden Partikel m1 für die Aufladevorrichtung vorher auf die Aufladerolle 2 aufgebracht worden waren. Nach der Herstellung von etwa 10.000 Drucken traten jedoch Unregelmäßigkeiten, die mit einer unzureichenden Aufladung verbunden waren, in den Zwischentönungsbereichen der fertigen Bilder auf.
Bei Ausführungsform 12 wurde der Partikeldurchmesser der die Aufladung erleichternden Partikel m1 für die Aufladevorrichtung, die vorher auf die Aufladerolle 2 aufgebracht werden sollten, kleiner gemacht als der der die Aufladung erleichternden Partikel m2 für die Entwicklungsvorrichtung, wodurch auf diese Weise die Adhäsionskraft zwischen dem Entwickler t und der Umfangsfläche der Aufladerolle 2 reduziert wurde. Infolgedessen haftete der Entwickler t nicht so viel an der Umfangsfläche der Aufladerolle 2 wie im Falle der Ausführungsform 15. Es war daher nicht nur das Aufladeverhalten zu Beginn eines Druckvorganges wünschenswert, sondern es wurde auch das wünschenswerte Aufladeverhalten selbst nach einem Druck von 10.000 Kopien aufrechterhalten.
Bei Ausführungsform 13 wurde die äußerste Schicht der lichtempfindlichen Trommel von der Ladungsinjektionsschicht 16 gebildet. Daher war das Aufladeverhalten vom Beginn eines Druckvorganges an wünschenswert, und dieses wünschenswerte Aufladeverhalten wurde selbst nach einem Druck von 10.000 Kopien aufrechterhalten. Dies war selbst dann der Fall, als die Druckgeschwindigkeit auf einen höheren Wert von 100 mm/sec eingestellt wurde.
Wenn, wie vorstehend erwähnt, eine Bilderzeugungsvorrichtung mit einem Aufladesystem vom Rollentyp vor der vorliegenden Erfindung in einer Umgebung mit einer hohen Temperatur und einer hohen Feuchtigkeit eingesetzt wurde, konnten mit der Vorrichtung Bilder mit dem Aussehen von fließendem Wasser, die auf ein verschwommenes latentes Bild zurückzuführen waren, hergestellt werden.
Dieses Phänomen trat auf, da der elektrische Widerstand der Umfangsfläche des lichtempfindlichen Elementes des Standes der Technik durch die Absorption o.ä. von Ozonprodukten, die das latente Bild verschmierten, reduziert wurde. Durch die Verwendung des Aufladesystems der vorliegenden Erfindung hatte jedoch keiner der Drucke das Aussehen von fließendem Wasser unabhängig von der Konstruktion der Bilderzeugungsvorrichtung.
Vermischtes

1) Damit der restliche Toner, d.h. der Toner, der auf dem Bildträgerelement nach der Bildübertragung verbleibt und in eine Aufladestation geführt wird, einstweilen auf ein Kontaktaufladeelement übertragen wird, sollte ein Kontaktaufladelement so konstruiert sein, daß es drehbar angetrieben wird und seine Drehrichtung entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung der Umfangsfläche eines Bildträgerelementes verläuft. Mit dieser Anordnung wird der restliche Toner auf dem Bildträgerelement einstweilen vom Bildträgerelement getrennt, wonach das Bildträgerelement direkt aufgeladen wird. Daher wird der Bildträger direkter, d.h. effizienter, aufgeladen.

Die Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz kann durch Bewegung der Umfangsflächen des Aufladeelementes und des Bildträgerelementes in der gleichen Richtung im Aufladespalt erzeugt werden. Die Wirksamkeit der Ladungsinjektion hängt jedoch von dem Verhältnis zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten des Aufladeelementes und des Bildträgerelementes ab. Um eine Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz zu erzeugen, während die beiden Oberflächen in der gleichen Richtung bewegt werden, die der Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz entspricht, welche durch Bewegen der beiden Oberflächen in entgegengesetzten Richtungen erzeugt wird, muß die Umdrehungszahl der Aufladerolle im Vergleich zu dem Fall drastisch erhöht werden, bei dem die beiden Oberflächen in unterschiedlichen Richtungen bewegt werden. Daher ist eine Bewegung der beiden Oberflächen in entgegengesetzten Richtungen in bezug auf die Anzahl der Umdrehungen der Aufladerolle von Vorteil. Die Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz wird hier wie folgt definiert: Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz (%) = [(Umfangsgeschwindigkeit des Aufladeelementes – Umfangsgeschwindigkeit des Bildträgerelementes)/ Umfangsgeschwindigkeit des Bildträgerelementes] × 100
In der obigen Formel stellen die Werte der Umfangsgeschwindigkeiten des Aufladeelementes und des Bildträgerelementes die Absolutwerte der Geschwindigkeiten dar.

2) Die Auswahl des Kontaktaufladeelementes muß nicht auf die bei den vorhergehenden Ausführungsformen beschriebenen Aufladerollen beschränkt sein.

Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Aufladerollen können Kontaktaufladeelemente, die sich in Material und/der Form von den vorstehend beschriebenen Aufladerollen unterscheiden, beispielsweise eine Faserbürste oder ein Filzstück oder entsprechendes textiles Mate rial, verwendet werden. Des weiteren können diese Materialien und Formen in diversen Kombinationen eingesetzt werden, um eine bessere Elastizität und elektrische Leitfähigkeit zu verwirklichen.

3) Die an ein Aufladeelement vom Kontakttyp angelegte Aufladevorspannung oder die an eine Entwicklungshülse 4a angelegte Entwicklungsvorspannung kann auch eine zusammengesetzte Spannung sein, die aus einer Gleichspannung und einer Wechselspannung zusammengesetzt ist.

Die Wellenform der Wechselspannung ist optional. Sie kann als Sinuswelle, Rechteckwelle, Dreieckswelle o.ä. ausgebildet sein. Auch kann der Wechselstrom aus einem Wechselstrom in Rechteckform, der durch periodisches Ein- und Ausschalten einer Gleichstromquelle erzeugt wird, bestehen. Mit anderen Worten, die Wellenform der als Aufladevorspannung an ein Aufladeelement oder ein Entwicklungselement angelegten Wechselspannung kann optional sein, solange wie sich der Spannungswert periodisch ändert.

4) Die Auswahl der Einrichtung zum Belichten der Oberfläche eines Bildträgerelementes zur Ausbildung eines latenten elektrostatischen Bildes ist nicht auf die bei den vorhergehenden Ausführungsformen beschriebene digitale Belichtungseinrichtung auf Laserbasis beschränkt. Es kann sich hierbei auch um eine übliche analoge Belichtungseinrichtung, ein lichtemittierendes Element, wie eine LED, oder eine Kombination eines lichtemittierenden Elementes, wie von fluoreszierendem Licht und ei ner Flüssigkeitkristallblende, handeln. Mit anderen Worten, die Auswahl spielt keine Rolle, solange wie ein latentes elektrostatisches Bild entsprechend den optischen Informationen eines Sollbildes erzeugt werden kann.

Ein Bildträgerelement kann auch von einem dielektrischen Element mit einem elektrostatischen Aufzeichnungsvermögen gebildet werden. Im Falle eines derartigen dielektrischen Elementes wird die Oberfläche des dielektrischen Elementes gleichmäßig auf eine vorgegebene Polarität und ein vorgegebenes Potentialniveau aufgeladen, wonach die Aufladung der Oberfläche des dielektrischen Elementes selektiv mit Hilfe einer Ladungsentfernungseinrichtung, wie beispielsweise eines Ladungsentfernungsnadelkopfes oder einer Elektronenkanone, entfernt wird, um das latente elektrostatische Bild eines Sollbildes auf der Oberfläche zu formen.

5) Die Auswahl der Entwicklungseinrichtung 4 muß nicht auf Entwicklungsvorrichtungen beschränkt sein, die einen magnetischen Einkomponententoner verwenden, obwohl die Entwicklungsvorrichtung vorstehend so beschrieben wurde.
6) Das Aufzeichnungsmedium, auf das ein Tonerbild von einem Bildträgerelement übertragen wird, kann auch von einem Zwischenübertragungselement, wie einer Übertragungstrommel, gebildet werden.
7) Das Verfahren zum Messen der Größe der Tonerpartikel ist wie folgt: Bei der Messvorrichtung handelt es sich um einen Coulter-Zähler TA-2 (Produkt der Firma Coulter Co. Ltd.). An diese Vorrichtung werden eine Schnittstelle (Produkt der Firma Nippon Kagaku Seiki), über die die Werte der durchschnittlichen Durchmesserverteilung und durchschnittlichen Volumenverteilung der Tonerpartikel ausgegeben werden, und ein Personalcomputer (Canon CX-1) angeschlossen. Bei der Elektrolytlösung handelt es sich um eine 15-ige Wasserlösung von NaCl (Natriumchlorid erster Klasse).

Beim Messen werden 0,1 l eines oberflächenaktiven Mittels, das vorzugsweise Alkylbenzolsulfonat ist, als Dispergiermittel 100/150 ml der vorstehend erwähnten Elektrolytlösung zugesetzt, wonach 0,5-50 mg der Tonerpartikel zugesetzt werden.
Als nächstes wird die Elektrolytlösung, in der die Tonerpartikel suspendiert sind, etwa 1-3 min mit einer Ultraschalldispergiervorrichtung behandelt. Dann wird die Verteilung der Tonerpartikel mit einer Partikelgröße von 2-40 μm mit Hilfe des vorstehend erwähnten Coulter-Zählers TA-2 gemessen, wobei dessen Öffnung auf 100 μm eingestellt wurde, und es wird die durchschnittliche volumetrische Verteilung der Tonerpartikel erhalten. Schließlich wird die durchschnittliche volumetrische Partikelgröße der Tonerpartikel aus der auf diese Weise erhaltenen durchschnittlichen volumetrischen Verteilung der Tonerpartikel berechnet.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit den hier offenbarten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie nicht auf die angegebenen Details beschränkt. Vielmehr soll die Erfindung auch solche Modifikationen oder Änderungen umfassen, die unter den Schutzumfang der nachfolgenden Patentansprüche fallen.

Claims

Bilderzeugungsvorrichtung mit einem beweglichen Bildträgerelement (1); einer Bilderzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines latenten elektrostatischen Bildes auf dem Bildträgerelement (1), die ein Aufladeelement (2) aufweist, an das Spannung anlegbar ist, um das Bildträgerelement (1) aufzuladen, und das ein flexibles Element (2b) zur Ausbildung eines Spaltes (n) zwischen sich und dem Bildträgerelement (1) umfasst, wobei das flexible Element (2b) bewegt wird, um eine Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen sich und dem Bildträgerelement (1) zu erzeugen; und einer Entwicklungseinrichtung (4), die einen Entwickler (4d) enthält, der Tonerpartikel (t) zum Entwickeln des latenten Bildes umfasst, wobei die Entwicklungseinrichtung (4) in der Lage ist, rest liche Tonerpartikel (t) vom Bildträgerelement (1) zu entfernen, dadurch gekennzeichnet, dass der Entwickler (4d) der Entwicklungseinrichtung (4) des weiteren elektrisch leitende Partikel (m; m2) aufweist, wobei die Entwicklungseinrichtung (4) die elektrisch leitenden Partikel (m; m2) dem Bildträgerelement (1) zuführt, und wobei die von der Entwicklungseinrichtung (4) auf das Bildträgerelement (1) übertragenen elektrisch leitenden Partikel (m; m2) zum Spalt (n) auf dem Bildträgerelement (1) getragen werden; und die Vorrichtung des weiteren zusätzliche elektrisch leitende Partikel (m; m1) zur Anordnung im Spalt (n) vom Beginn der Benutzung der Vorrichtung umfasst.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der spezifische Volumenwiderstand der elektrisch leitenden Partikel (m; m1, m2) nicht mehr als 10¹² Ωcm beträgt.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der spezifische Volumenwiderstand der elektrisch leitenden Partikel (m; m1, m2) nicht mehr als 10¹⁰ Ωcm beträgt.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der durchschnittliche Partikeldurchmesser der elektrisch leitenden Partikel nicht mehr als 50 μm beträgt.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der durchschnittliche Partikeldurchmesser (m; m1, m2) der elektrisch leitenden Partikel nicht mehr als der halbe durchschnittliche Partikeldurchmesser der Tonerpartikel (t) beträgt.
Bilderzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die zusätzlichen elektrisch leitenden Partikel zur Anordnung im Spalt (n) vom Beginn der ersten Benutzung der Vorrichtung zweite elektrisch leitende Partikel (m1) sind und der durchschnittliche Partikeldurchmesser der zweiten elektrisch leitenden Partikel (m1) nicht mehr als der halbe durchschnittliche Partikeldurchmesser der elektrisch leitenden Partikel (m2), die im Entwickler (4d) enthalten sind, beträgt.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der der durchschnittliche Partikeldurchmesser der zweiten elektrisch leitenden Partikel (m1) nicht geringer ist als 10 nm und nicht größer ist als 500 nm.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der der durchschnittliche Partikeldurchmesser der elektrisch leitenden Partikel (m2), die im Entwickler (4d) enthalten sind, nicht geringer ist als 0,1 μm und nicht größer ist als der der Tonerpartikel (t).
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Bewegungsrichtung der Umfangsfläche des Bildträgerelementes (1) im Spalt (n) entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung der Umfangsfläche des flexiblen Elementes (2b) im Spalt (n) ist.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das flexible Element (2b) ein elastisches Element ist.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das flexible Element (2b) ein elastisches Schaumelement ist.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Entwicklungseinrichtung (4) latente Bilder mit Hilfe des Toners (t) revers entwickelt.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Entwicklungseinrichtung (4) in der Lage ist, einen Reinigungsprozess durchzuführen, während sie einen Entwicklungsprozess ausführt.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Entwicklungseinrichtung von einem kontaktfreien Typ ist und außer Kontakt mit dem Bildträgerelement steht.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die elektrisch leitenden Partikel (m; m1, m2) nichtmagnetisch sind.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Aufladeelement (2) die Form einer Rolle besitzt.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das flexible Element (2b) die Form einer Faserbürste besitzt.
Bilderzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei der das Aufladeelement (2b) elektrische Ladung in das Bildträgerelement (1) im Spalt (n) injiziert.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Bildträgerelement (1) eine Oberflächenschicht (16) mit einem spezifischen Volumenwiderstand von nicht mehr als 1 × 10¹⁴ Ωcm besitzt.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 19, bei der der spezifische Volumenwiderstand der Oberflächenschicht (16) nicht geringer ist als 1 × 10⁹ Ωcm.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 20, bei der das Bildträgerelement (1) eine lichtempfindliche elektrophotographische Schicht (14) innerhalb der Oberflächenschicht (16) aufweist.