CN1127370A

CN1127370A - 充电方法及充电器

Info

Publication number: CN1127370A
Application number: CN94115555A
Authority: CN
Inventors: 松田政准; 后藤英治; 西田昭憲; 饭田浩永; 白井昌宏
Original assignee: Mita Industrial Co Ltd
Current assignee: Kyocera Mita Industrial Co Ltd
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1994-09-30
Publication date: 1996-07-24
Also published as: EP0646849A3; KR950009377A; US5659853A; EP0646849A2

Abstract

本发明提供一种对被充电材料进行充电的方法，其原理是利用载有电压的充电装置与被充电材料发生实际接触，其中充电装置由一个弹性导电无缝环片和一个旋转绝缘刷构成，该绝缘刷支撑着无缝环片使之与被充电材料相互接触并对该环片提供一个推压力。该无缝环片与绝缘刷一起被主动或被动地驱动，其速度与被充电材料的运动速度基本同步。与此同时，对该无缝环片施加充电电压。这种方法可以对光敏材料表面进行均匀而稳定的充电，即使当光敏材料表面存在针孔之类的缺陷时也是如此。它不会导致光敏材料使用寿命的缩短。

Description

充电方法及充电器

本发明涉及一种充电方法和相应的充电器。该方法主要用于对光敏材料表面进行充电，它不依赖于电晕放电。

电子照相术就是借助对光敏材料表面均匀充电而形成影像的方法。其具体过程是：对文件原像进行曝光从而在光敏材料表面形成相应的静电潜像，对该潜像进行显影和传送。

一般地，在上述成像方法中，光敏材料表面主要借助于电晕充电方式而充电，然而在这个过程中同时产生臭氧，它是环境污染的原因之一。近年来，为了避免臭氧的产生，人们提出了各种方法对光敏材料表面进行充电，它们的原理是在施加偏压的同时使一个导电橡胶滚筒与光敏材料表面产生磨擦接触(见日本公开专利Nos.149669/1988和267667/1989)。

然而，按照上述基于磨擦接触的充电方法，当诸如灰尘、纸屑等外来杂物陷入导电橡胶滚筒和光敏材料之间时将失去充电的均匀性，此时将难于稳定地进行充电。另外，当光敏材料表面不完全清洁而允许调色剂滞留其上时，滞留的调色剂在影像形成过程中将附着在光敏材料表面上而使得其失去耐久性。再有，光靠直流偏压不能实现对光敏材料的均匀充电，除非与另一交流偏压相结合。

为解决上述问题，本发明申请者早先提出了一种对光敏材料充电的新方法，即在对滚筒施加直流偏压的同时，借助于一个导电刷式压辊使一个弹性导电薄板与光敏材料表面产生靡擦接触(见日本专利，申请号No.68148/1992)。

这种充电方法是非常有意义的。由于弹性导电板被导电刷式压辊所压而与光敏材料表面紧密接触，仅用一个低直流偏压而无需交流偏压就可进行磨擦充电。然而，按照这种充电方法，由于充电电压经过导电刷的末端加在导电板上，从而光敏材料表面存在的诸如针孔等缺陷将允许导电板与针孔相接触，导致大电流由导电刷的末端流入针孔。这个大电流便在与导电刷末端相接的导电板上产生不必要的孔状结构。其结果产生点状高电位区域，导致光敏材料的不良充电。

本发明的目的在于提供一种类型的充电方法，它利用载有充电电压的弹性导电板与被充电材料的物理接触而对该材料(例如光敏材料)进行充电。这样，即便光敏材料表面存在诸如针孔的缺陷，充电也会均匀、有效地进行，不会导致功率源输出下降。

根据本发明，提供了一种对被充电材料进行充电的方法，它利用载有电压的充电部件与被充电材料产生物理接触。其中：充电部件由一个弹性导电环片和一个可旋转绝缘刷构成，该绝缘刷在某个位置支撑环片使得该环片与被充电材料互相接触并为该环片提供一个推压力；该环片与绝缘刷一道被主动或被动地驱动，其速度大体上与被充电材料的移动同步，与此同时在该环片上施加充电电压。

本发明还进一步提供了一个充电装置，它利用使载有电压的充电部件与被充电材料相互接触而对该材料进行充电。其中：该充电部件的构成包括一个弹性空心导电滚，一个与该空心导电滚共圆心的绝缘刷式压辊，以及用于为该空心导电滚提供充电电压的馈电装置；该空心导电滚与该绝缘刷式压辊一起驱动，其速度与被充电材料同步。

简要说明：

图1是本发明之充电器的侧视剖面图；

图2描述了图1充电器用于电子照相机的一个例子；

图3给出了本发明的充电方法用于有机光敏材料时外加电压与光敏材料表面电位之间的关系；

图4描述了适用于图1充电器的法兰盘；

图5给出了固定弹性导电板2的方法中的一个例子。

根据本发明，一个明显的特点就是利用电绝缘刷使弹性导电环片与诸如光敏材料的被充电材料表面紧密相接触。也就是说，绝缘刷在对弹性导电片施加充电电压的过程中完全不起作用。因此，即使光敏材料存在针孔，也会避免来自绝缘刷末端等局部区域的大电流。这样，就不会在与绝缘刷末端接触的弹性导电片上形成孔，也有效地防止了由于点状高电位区出现而引起的不良充电。

绝缘刷与弹性导电片结合的优点承袭自本发明申请者早先提出的充电装置。

例如，导电片为弹性的，并且可以自由变形。因而，即使被充电材料具有粗糙表面，导电片也会与该材料的整个表面均匀接触。此外，即使诸如灰尘、纸屑、驻留调色剂等外来杂物附在被充电材料的表面，导电片也会与除外来杂物所在局部以外的整个表面形成均匀的接触。再有，绝缘刷的每根刷毛都起着推压弹簧的作用；也就是说，绝缘刷就像一个最细致稠密的弹簧，它使得导电片能与被充电材料产生均匀平滑的接触。

除此以外，根据本发明，空心导电滚和绝缘刷压辊被主动或被动地驱动，其运动速度与被充电材料的运动速度同步。因此，这些压辊不必用特殊的驱动装置分别进行驱动，这非常有利于压缩充电器的尺寸。(充电器)

本发明将以几个具体例子及附图详细介绍如下。

图1是描述本发明接触充电器的侧视剖面图，图2给出了图1所示接触充电器应用于电子照相机时的情形。

本发明的充电器1大致由以下两部分组成：弹性空心导电滚2和安装在导电滚2内部且与之共圆心的刷式压辊3。

空心导电滚2由弹性的、管状无缝的导电环片组成，刷式压辊3由导电轴滚3a和安装其上的绝缘刷3b组成。空心导电滚2的两端由导电轴滚3a的刚性法兰盘5牢牢固定。

法兰盘5由栓槽或类似手段固定在轴滚3a上而形成一个整体，使得空心导电滚2和刷式压辊3作为一个整体以相同的速度旋转。法兰盘5心须是导电的，它们用铝之类的导电金属制成。这样，当将馈电机构接在导电轴滚3a上时，充电电压使通过该轴滚3a加到空心导电滚2上。

空心导电滚2(后面简称为″弹性环片″)用适当的树脂环6固定在法兰盘5上，可将环片2两端固定在树脂环6和法兰盘5之间，或采用某种适当的粘合剂。如何将弹性环片2固定在法兰盘5上将在后面进行介绍。

另外，值得指出的是，在法兰盘5端头内部装有硅橡胶环类的弹性环7，弹性环片2的两端固定在法兰盘环5上，它与弹性环7紧密接触。因而，在弹性环片2上施加的适度的张力有效地防止了在实际接触被充电材料(如光敏磁鼓)表面时环片2发生扭曲。在与弹性环7相对应的弹性环片2的上表面部分，环片2与被充电材料的端部紧密接触，则弹性环片2和刷式压辊3作为一个整体随被充电材料的运动而运动。因此，没有必要提供特别的驱动机构转动弹性环片2。再有，需要选择弹性环7的硬度，使得弹性环片2与被充电材料表面的接触宽度在2至10毫米(mm)左右。

更进一步说，在本发明中，弹性环片2与法兰盘5的固定是借助于上述树脂环6。在这种情况下，如图4所示，法兰盘5的表面具有许多凸凹结构，树脂环6的内径比法兰盘5的直径大大约弹性环片2的厚度。弹性环片2的两端被卡在树脂环6和法兰盘5之间，从而被固定住。在固定弹性环片2时，其末端受到挤压。然而，由此在其末端形成的褶皱为法兰盘5的凹陷部分5a所吸收，从而不会扩展到弹性环片2的有效充电区域。

在法兰盘5中，相邻两凹陷部分5a所对应的弧度通常应在15°至90°之间，尽管该角度可能随法兰盘5尺寸的不同而变化。当该角度过大时，将很难有效固定弹性环片2。反之，如果该角度过小，将难于有效吸收褶皱。另外，要求法兰盘5的外径在刷式压辊3直径的0.75至0.9倍之间变化。当法兰盘5的外径大于上述范围时，将难于有效挤压弹性环片2；也就是说，此时没有足够的张力施加在弹性环片2上，从而产生迟滞。反之，当法兰盘5的外径小于上述范围时，弹性环片2将被过分地挤压，从而产生过分褶皱且不能为凹陷部分5a所充分地吸收。再有，法兰盘5的凸出部分5b可在一定程度上做成渐变形状，使得树脂环6能平滑地固定弹性环片2。

树脂环6的内径选择为大于法兰盘5凸出部分5b的外径。此时，可采用热缩型树脂固定弹性环片2。另外，为防止电流泄漏，树脂环6的体电阻不应小于10¹⁵Ω/cm。

在本发明中，还可以采用弹性环7固定弹性环片2的末端，而不用树脂环6或在法兰盘5上形成凹凸表面。这种利用弹性环7固定弹性环片2的方法如图5(a)和5(b)所示。

如图5(a)所示，压板20装在轴滚3a的端部，且在这种状态下将弹性环7通过轴滚3插入弹性环片2中。此时，弹性环7的外径做得略小于弹性环片2的内径。一般而言，可选择弹性环7的外径比弹性环片2的内径小大约0.5到0.1毫米(mm)。然后，将具有小直径部分5a的法兰盘5通过轴滚3插入弹性环7。在此，对小直径部分5a的外径略加扩展，使之大于弹性环的内径，从而小直径部分5a的插入便令弹性环处于向外扩张的状态。因此，如图5(b)所示，弹性环片2端部的内表面被弹性环7紧密箍住，从而被牢牢地固定。另外，法兰盘5与轴滚3之间的固定是利用销钉。

用这种固定方法时，法兰盘5小直径部分5a的前端需制成楔状。这样就容易将小直径部分5a插入弹性环7。另外，弹性环片2的端部与弹性环7紧密相连，但并不与法兰盘5直接接触。因此，为了对弹性环片2施加电压，可以导电橡胶制做弹性环7。当然，如果弹性环片2的端部进一步扩展以至超出弹性环7的接触部分并且利用树脂环6与法兰盘5紧密接触，该弹性环则可用绝缘材料。

参考图2，它描述了图1所示充电器用于电子照相机的情形。在装有光电敏感层(即被充电材料)20的旋转鼓轮21周围，装有充电器1、图象曝光装置22、显影装置23、调色剂传输装置24、清洁处理装置25和曝光放电装置26。

充电器1整个装在一个封合18内，该合的一个表面为开放的。该充电器1借助推压弹簧27或类似的方式并以预定的压力与光敏鼓轮21相接触。另外，为充电器1配备了清洁压辊40，它由海绵或类似的材料制成并与弹性空心导电滚2接触以清除附着于导电滚2上的调色剂或类似的外来杂物。被清洁压辊40清扫出的外来杂物由刮削器41清除。

空心导电滚2内部的导电轴滚3a与照相机框架或驱动系统绝缘，并且通过集电器(图中未显示)、导线28和换向开关29与直流电源30和脉动充电源31相连。

应用本发明充电器对光敏层20充电时，充电是均匀的，且不会引起光敏层20的磨损。因而，借助对原像曝光便产生出无失真高对比度的静电影像，并经过后续的显影及转换操作而获得高密度高质量的像片。

在本发明中，由空心导电滚2构成的弹性导电环片应具有适当的体电阻，在通常情况下它不超过10⁷Ω/cm，在某些条件下它不能大于10⁶Ω/cm。也就是说，如果体电阻超出上述范围，将难于对光敏材料表面进行均匀而有效的充电。另外，弹性导电环片可用任何具有导电特性的弹性材料制成。一般来说，人们采用混有各种导电媒介的树脂或橡胶，或者采用金属箔。

树脂类的材料包括各种热塑性高弹体(elastomers)，例如聚脂弹性体、聚酰胺弹性体、聚氨酯弹性体、软质氯乙烯树脂、苯乙烯-丁二烯苯乙烯软质嵌段共聚物弹性体和聚丙烯弹性体，还有聚酰胺、共聚酰胺及其相应的改进产品，例如尼龙6、尼龙6.6、尼龙6尼龙6.6共聚物、尼龙6.6尼龙6.10共聚物以及甲氧基甲基化尼龙和硅胶树脂，还有乙缩醛树脂，例如聚乙烯丁缩醛、聚乙烯醋酸脂、乙烯乙烯基醋酸脂共聚物(ethylene-vinyl acetatecopolymer)和含离子键的聚合物。橡胶类材料包括天然橡胶、丁二烯橡胶、苯乙烯橡胶、丁二烯-苯乙烯橡胶、丁晴橡胶、乙烯-乙烯共聚物橡胶、乙烯—丙烯非共轭二烯类橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶和聚丙烯橡胶。

除了上述例子之处，还可进一步选用含氟树脂或橡胶，例如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯—六氟乙烯其聚物(PTFE-HFP)或含氟全氟烷氧基树脂。由于这些含氟树脂或橡胶具有化学不活泼性，靡擦系数小，使用它们有利于增加光敏材料和弹性片的寿命。

为了调整体电阻，在这些树脂或橡胶中混入导电媒介，它们包括导电炭黑或银、金、铜、黄铜、镍、铝或不锈钢等金属粉未，包括诸如氧化锡类的粉状导电媒质，或非离子的、阳离子的、负离子的或两性导电有机媒介，或有机锡类导电媒介。当导电媒介晶粒在树脂或橡胶中形成链结物时便获得较高的导电性。但是，此时加入电压可能产生点状高电位区，从而增加不规则充电发生的可能性。因此，必须将导电媒介均匀细致地压入树脂或橡胶之中。为此，掺入导电媒介的树脂或橡胶必须得到充分搅拌。导电媒介的扩散可部分利用酸化树脂或橡胶，这种树脂或橡胶可由它们与乙烯化不饱和羧酸共聚而得到，这些不饱和酸包括聚丙烯酸、异丁烯酸或缩苹果酸。

此外，作为金属箔，可用镍、铝、铜、黄铜或锡借助电沉积或热压方法获得。

弹性环片2的厚度可以随所要求的柔软度而变化，但在一般情况下它应在50到400微米(μm)之间，而在特定情况下应在100到300微米之间。弹性环片2的外表面应当尽可能平滑，应当符合JISB0601标准，即其平均粗糙度不超过5微米，且在特定情况下不超过1微米。

在本发明中，刷式压辊3是由植于导电轴滚3a之上的绝缘纤维刷4b组成的，正如前面叙述的那样。绝缘刷应具有不小于10¹³Ω/cm的体电阻，且在特殊情况下应不小于10¹⁴Ω/cm。刷纤维度应在2到10登尼尔(d)之间，且在特殊情况下应在3到6登尼尔之间。刷纤维长度(刷毛长)应在2到7毫米之间，且在特殊情况下应在3到5毫米之间。另外，为了产生平滑均匀的推压力，刷毛密度应在10,000到20,000根/平方英寸之间。再有，刷毛的末端应磨圆滑以避免对导电环片2的磨损。

作为绝缘纤维，可用合成纤维或再生纤维制成。这些纤维包括尼龙纤维，例如尼龙6、尼龙6.6；包括聚脂纤维，例如聚乙烯对酞酸盐纤维；还包括聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚氯乙烯纤维、粘胶纤维、醋酸纤维及类似的人造纤维。

当刷辊3b具有导电性时，一般而言光敏鼓轮1表面的任何缺陷(如针孔等)将令局部电流自刷辊3b的末端流入该缺陷区域，从而导致与刷辊末端相接的导电环片的损坏。反之，当刷辊绝缘时，电流流自弹性环片2、从而不会产生局部电流，且上述问题根本不会发生。(充电方法)

根据本发明的充电方法，充电电压施加于弹性导电环片上并对其充电，其间将该弹性导电环片与绝缘刷式压滚一起移动，其速度与被充电材料(即光敏层)的移动速度同步。

加在弹性环片2上的充电电压必须选择在被充电材料(如光敏材料)表面上充电起动电压的1.5到3.5倍，在特殊情况下应在其2到3倍。图3描述了当采用有机光敏材料及本发明充电方法时，加于弹性导电环片3的电压与光敏层20表面电位之间的关系。从图3明显看到，在有效充电区域，施加电压和表面电位之间保持着良好的线性关系。通过这个事实就会明白，根据本发明的充电方法，为了维持光敏材料表面电位在一个恒定的最佳值，表面电位传感器可安装在光敏材料的周围，并且对外加电压依据传感器所测得的表面电位进行调节。

根据本发明，充电电压施加于弹性导电环片2而不经过刷式压辊3b。因而，即使光敏材料层20表面存在针孔等缺陷，也不会产生大电流，并且光敏层20表面仍能被均匀而有效地充电，这一点正是本发明的显著优点。另一个优点是仅利用直流电压就实现了均匀充电。为了更进一步均匀充电，脉动充电源31可与直流电源30联合使用，以使所获得的电压是由交流电压与上述直流电压迭加而构成的。交变电流的频率应在300到1500HZ之间，且在特殊情况下应在400到1000HZ之间。峰值电压应为充电起动电压的2.5到4倍，且在特殊情况下为其2.8到3.5倍。

本发明的充电方法适用于各种电子成像手段，如电子照相机、传真机、激光打印机等等，并且可以用来对各种单层和分层结构的光敏材料进行充电，如a-Si光敏材料、硒光敏材料以及单层和多层有机光敏材料。当本发明的充电方法适应于前述光敏材料时，产生的臭氧和Nox量很小，它丝毫不会使充电产生的颜色、充电传输材料、粘合剂以及组成光敏材料的介质的品质降低，从而沿长光敏材料的使用寿命。本发明的充电方法不仅限于狭义的充电，它可进一步利用施加偏压而应用于清除电荷，这是理所当然的。实施例1

图1所示的充电器安装在由Mita Kogyo公司生产的DC-2566电子照相机改进而成的电子照相机上，它采用有机光敏材料，目的在于在没有交流电压的条件下进行充电、曝光、显影、转换和定影。

该充电器各种部件的特性及充电条件介绍如下。弹性导电环片(即导电滚)的体电阻用Mitsubishi Yuka公司生产的体电阻测量仪RORESTER进行测量，测量过程中施加10伏电压。

导电滚特性参数：

材料：聚氨酯合成橡胶

厚度：0.3毫米(mm)

体电阻：2.8×10⁶Ω/cm(欧姆/厘米)

导电滚内径：20毫米(mm)

刷式压辊特性参数：

材料：绝缘人造纤维(电阻率为1.0×10¹⁵Ω/cm)

外径：19.8mm

纤维度：6登尼尔

纤维长度：3mm

刷毛密度：86,000根/平方英寸

充电条件：

外加直流电压：+1600伏(充电起动电压：+600伏)

刷式压辊转数：150rpm(每分钟150转)

(随光敏材料一同转动)

导电环片转数：150rpm

(与刷式压辊固定在一起随光敏材料一同转动)

光敏材料的圆周速度：157mm/sec(每秒157毫米)

在上述条件下对带有针孔的光敏材料进行充电时，会产生充电电流向针孔的泄漏但不会形成孔洞，或者说导电滚不会被来自刷端的漏电电流所损坏。

在相同的条件下对不含针孔的光敏材料进行充电时，光敏材料表面的电位为+800伏，所获图片的影像质量优良，不会带有黑色点状缺陷。对比例1在与例1相同的条件下进行了另外的对比实验，其中所不同的是采用如下刷式压辊。

刷式压辊特性参数：

材料：导电人造纤维

外径：19.8mm

体电阻：1.0×10³Ω/cm

纤维度：6登尼尔

纤维长度：3mm

刷毛密度：100,000根/平方英寸

在上述条件下对带针孔的光敏材料进行充电时，泄漏的充电电流进行针孔，并由来自刷端的漏电流在导电滚上形成孔洞。

在相同条件下对无针孔光敏材料进行充电时，光敏材料表面的电位为+800伏，所获得图片的影像带有黑色点状缺陷。

Claims

1.一种对被充电材料进行充电的方法，它利用载有电压的充电装置与被充电材料的实际接触而实现，其中：

该充电装置由一个弹性导电环片和一个旋转绝缘刷组成，绝缘刷支撑着导电环片使之与被充电材料相互接触并对该导电环片提供一个推压力；该导电环片与绝缘刷一起被主动或被动地驱动，其速度与被充电材料的运动速度基本同步，与此同时对该导电环片施加充电电压。

2.根据权利要求1的充电方法，其中弹性导电环片为无缝管。

3.根据权利要求1的充电方法，其中绝缘刷由绝缘有机纤维制成。

4.根据权利要求1的充电方法，其中加在无缝导电环片上的充电电压是直流电压，它应为被充电材料充电起动电压的1.5倍到3.5倍。

5.一种对被充电材料进行充电的充电器，它使得载有电压的充电装置与被充电材料相互接触，其中：

该充电装置的组成包括，一个弹性空心导电滚，一个装在该空心导电滚内并与之共圆心的绝缘刷式压辊，和一个为该空心导电滚提供充电电压的馈电装置；该空心导电滚与绝缘刷式压辊同时被驱动，其速度与被充电材料的运动速度同步。

6.根据权利要求5的充电器，其中绝缘刷式压辊由导电旋转轴滚和植毛于其上的绝缘刷组成，空心导电滚的两端由导电法兰盘固定，该法兰盘与该旋转轴滚制成一个整体结构。

7.根据权利要求5的充电器，其中空心导电滚配备有清洁滚，它与该导电滚的外表面相接触。

8.根据权利要求7的充电器，其中清洁滚为一海绵滚。

9.根据权利要求6的充电器，其中该法兰盘的表面形成凸凹结构，该凸凹部分保持预定的距离并沿轴向伸展，该空心导电滚的两端由树脂环固定在上述凹凸表面上。

10.根据权利要求9的充电器，其中该树脂环的体电阻不得小

11.根据权利要求9或10的充电器，其中该树脂环具有热收缩特性。

12.根据权利要求6的充电器，其中该法兰盘的末端配有弹性环，并且空心导电滚的末端被固定在该弹性环上。

13.根据权利要求12的充电器，其中该弹性环含有导电橡胶。