CN1267791C - 具有泡沫弹性部分的充电元件、充电装置、处理盒和图象形成装置 - Google Patents

具有泡沫弹性部分的充电元件、充电装置、处理盒和图象形成装置 Download PDF

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Abstract

一种用于向要被充电元件进行充电的充电元件包括一种设置在所述充电元件表面上的弹性泡沫元件。所述弹性泡沫元件包括多个单元部分，其具有确定该单元部分的壁部分，其特征在于：连接所述单元部分的间隙的面积分别不小于各单元的5%，不大于50%。

Description

具有泡沫弹性部分的充电元件、 充电装置、处理盒和图象形成装置
发明领域
本发明涉及一种充电元件，用于向诸如电子照相感光元件或静电可记录电介质元件的物体充电，它具有泡沫弹性部分；本发明还涉及一种包括这种充电元件的充电设备和一种使用该充电设备的图象形成装置，例如复印机或打印机，并涉及一种被这种图象形成装置所使用的处理盒。
背景技术
过去，在诸如电子照相装置或静电记录装置的图象形成装置领域，广泛地使用一种基于电晕充电设备(电晕放电器)，它作为充电装置，用于将诸如电子照相感光元件或静电可记录电介质元件的图象承载元件均匀地充电(或放电)到预定极性和电位。
基于电晕充电设备是一种非接触式充电装置。通常它包括一个由一段导线或类似材料构成的电晕放电电极和一个在除了面对图象承载元件即要被充电的元件的表面之外的所有侧面都围绕该电晕放电电极的屏蔽电极。在操作中这样布置，从而屏蔽电极的开口侧面面对图象承载元件，图象承载元件和充电设备之间不接触，高电压被施加在该电晕放电电极和屏蔽电极之间，产生放电电流(电晕通量)，因此，图象承载元件的外周表面暴露于该电晕通量下并被充电到预定极性和电位。
近些年来，由于在臭氧产生、耗电量等方面比电晕型充电设备更具优势，接触充电装置已经被投入实际使用。和电晕型充电设备相比，接触充电装置的臭氧产生和耗电量都低。为了使用接触充电装置向物体充电，该装置的充电元件即上述被施加电压的元件被设置成与要被充电的物体接触。
更具体地说，在接触类型充电装置中，由辊(充电辊)、一皮刷、磁刷、刀片或类似材料构成的导电元件被设置成与要被充电的物体例如图象承载元件接触，向充电元件(接触充电元件或在下文中也被称作接触充电元件的接触充电设备)施加预定充电偏压，从而要被充电的物体外周表面被充电到预定极性和电位。
接触充电装置的充电机理是两种充电机理的结合：(1)电晕放电型的充电机理和(2)电荷直接注入机理。因此接触充电装置的特性反应了那种充电机理处于支配地位。
(1)基于放电型充电机理
其是这样一种充电机理，其中利用接触充电元件和要被充电物体之间很小间隙之间的电晕放电，使要被充电物体的表面被充电。
在基于放电型充电机理中，放电必须在接触充电元件和要被充电物体之间被引起，为了引发接触充电元件和要被充电物体之间的放电，比接触充电元件和要被充电物体之间的初始电压(阈值电压)还大的电压必须被施加到接触充电元件上。因此为了将物体充电到给定的电位，施加在接触充电元件上的电压必须比要被充电物体将要被充电到的电位高。此外，在基于放电型充电机理中，放电产生副产品。和电晕型放电设备相比，来自接触充电装置的放电的副产品的数量无可否认地更少。然而在实践中，对于基于放电型充电机理，不可能不留下任何副产品。因此不可能避免由活性离子例如臭氧所导致的问题。
(2)注入型充电机理
这是这样一种充电机理，随着电荷从接触充电元件直接注入要被充电的物体，要被充电物体的表面被充电，有时也被称作直接充电机理、注入充电机理或电荷注入充电机理。
为了详细地介绍注入充电机理，通过使电阻为中间范围的接触充电元件直接接触要被充电的物体，电荷被直接注入要被充电物体的表面。换句话说，理论上，物体表面不依靠放电而被充电。因此，即使当施加在接触充电元件上的电压比接触充电元件和要被充电物体之间的初始电压(阈值电压)小，物体被充电到的电位实际上等于被施加在接触充电元件上的电压的电位。由于这种直接充电机理不涉及放电，不产生带电的离子，不产生源于放电的副产品。
然而，正是这种直接向物体充电的机理，它的充电效率极大地受接触充电元件和要被充电物体之间的接触状态的影响。因而必须使接触充电装置如此构造，从而接触充电元件的表面层尽可能地致密；接触充电元件的圆周速度和要被充电物体的圆周速度之间的差异尽可能地大；接触充电元件接触要被充电物体的频率尽可能地高。
A)基于辊充电方法
在接触充电装置领域，由于在安全上令人满意，广泛地使用基于辊充电方法，该种辊子利用导电辊(充电辊)作为一种接触充电元件。
基于辊充电方法中，上述基于放电充电机理(1)占支配地位。
使用橡胶或泡沫材料制造充电辊，所述橡胶或泡沫材料是导电的或者它的电阻值处于中间范围。这些材料有时被设置在层上，提供给充电辊所期望的特性。
为了保持与要被充电物体(下文被称作感光元件)的预定接触状态，充电辊的表面层被制造得有弹性，增加了充电辊和感光元件之间的摩擦阻力。在多种情况下，充电辊被感光元件驱动，它的圆周速度和感光元件的圆周速度相同。或充电辊和感光元件之间的圆周速度略有差异。因而当充电辊被用于接触充电机构中时，由于充电辊的绝对充电性能的损失、充电辊和要被充电物体之间接触状态的恶化、充电辊表面的不规则和/或感光元件的圆周表面的外来物质，无法避免要被充电物体被不均匀地充电。因此在基于现有技术的辊式接触充电装置中，基于放电充电机理占支配地位。
图7显示当使用典型的充电元件时的充电效率。横坐标代表施加到接触充电元件的偏压，纵坐标代表感光元件被充电到的电位。
利用现有技术的充电辊的充电机构的充电性能由A线表示。从图中清楚地看到，在此情况下，随着施加到充电辊上的电压的增加并通过阈值电压-500V，物体开始被充电。因而，通常为了将感光元件充电到-500V，-1000V的直流电压被施加到充电辊，或除了向充电辊施加-500V的直流电压之外，还施加1200V交流峰值到峰值(peak-to-peak)电压，因而充电辊和感光元件之间的电位差值大于阈值电压值，感光元件的圆周表面的电位被会聚到所期望的一个电位。
为了更加详细地介绍，例如当充电辊和具有25微米厚的OPC层感光鼓接触时，产生预定量的接触压力，随着施加到充电辊的电压升高并超过640V，感光元件的圆周表面的电位开始升高，然后相对于施加到充电辊上的电压，感光元件圆周表面的电位以某个斜率开始线性增加。该阈值电压被定义成充电起始电压Vth。
换句话说，为了将感光元件圆周表面上的电位充电到进行电子照相所必需的预定电位Vd，施加到充电辊上的直流电压电位必须不小于电位(Vd+Vth)，比用于电子照相所必需的电位高。在下文中，将上述通过向接触充电元件仅施加直流电压而对物体(感光元件)进行充电的充电方法称作“基于直流充电方法”。
对于使用基于直流充电方法，由于下述原因，难以将感光元件充电到预定电位。由于周围环境等因素的变化，接触充电元件的电阻变化，感光元件被充电辊削刮，光电导层厚度的改变，导致电压Vth变化。
因此，所谓的基于交流充电方法例如日本专利申请63-149669所介绍的一种方法开始被使用，以便使感光元件的圆周表面更均匀地充电。根据这篇专利文献所介绍的基于交流充电方法，一包括一直流电压和一交流电压的合成电压被施加到接触充电元件上，所述直流电压的电位等于要被充电的物体将要被充电到的电位，所述交流电压的峰值到峰值电压不小于2×Vth。在此情况下，利用AC电压的平滑效果，施加AC电压；被充电物体的电位会聚到电位Vd，或对应于交流电压的顶峰值和底部峰值之间的中间值的电压；换句话说，不受外界因素例如环境变化的影响。
然而即使在上述接触充电装置中，理论上，它的充电机理或多或少依赖于从接触充电元件向感光元件的放电。因此，施加到充电元件上的电压的电位值需要大于感光元件的圆周表面要被充电到的电位值。因此在此情况下，产生臭氧，虽然数量很小。
此外，施加用于更均匀地对感光元件进行充电的交流电压产生了有别于交流电压的新问题。也就是交流电压的应用产生额外的臭氧，接触充电元件和感光元件受交流电压所产生的电场影响而振动，产生噪音(基于交流充电噪音)。此外，感光元件的圆周表面被放电损坏。
B)基于毛刷充电方法
在基于毛刷充电方法中，具有由导电纤维组成的刷部分的一元件作为接触充电元件(基于毛刷放电设备)被使用。导电纤维毛刷部分和作为要被充电物体的感光元件接触，预定的充电偏压被施加到毛刷部分，以便将感光鼓圆周表面充电到预定的极性和电位。
在这种基于毛刷充电方法中，上述基于放电充电机理占支配地位。
作为已经投入实际使用的基于毛刷充电设备，具有两种类型的设备：固定毛刷类型设备和转动毛刷类型设备。固定类型基于毛刷充电设备包括电极和通过种植纤维而制造的叠片，它的电阻处于中间范围.转动类型基于毛刷充电设备包括金属芯和围绕该金属芯缠绕的叠片。关于上述毛刷部分的密度，具有大约100纤维/mm2的纤维密度的叠片可以相对轻易地被获得。然而100纤维/mm2的纤维密度不足以实现利用基于毛刷充电方法均匀向感光元件充电的接触状态。换句话说，为了令人满意地利用基于毛刷充电方法均匀向感光元件充电，感光鼓的圆周表面和毛刷部分的表面之间的圆周速度差异必须很大，因而实际上不能获得这样的差异。换句话说，感光鼓的圆周表面和基于毛刷充电设备的毛刷部分表面之间的这种圆周速度差异是不现实的。
当直流电压被施加到上述毛刷类型充电元件的毛刷部分上时，图7中的线B显示了一种典型的基于毛刷充电元件的充电性能。
换句话说，在基于毛刷充电方法中，通过向毛刷施加高电压，感光元件被充电，换句话说，无论毛刷是固定型的还是转动类型的，通过放电对感光元件充电。
C)基于磁刷充电方法
在基于磁刷充电方法中，使用一种具有磁刷部分的元件作为接触充电元件(基于磁刷充电设备)，所述磁刷部分就是来自磁辊或类似材料的磁力导致导电磁微粒积聚成刷型。通过向和感光元件的圆周表面接触的接触充电元件的磁刷部分施加一预定偏压，作为要被充电物体的感光元件的圆周表面被充电到预定极性和电位。
在基于磁刷充电方法中，上述直接充电机理(2)占优势地位。
对于积聚而形成磁刷部分的导电磁微粒，使用微粒直径为5～50微米的导电磁微粒。感光鼓圆周表面和磁刷部分之间的速度差使均匀地向感光鼓圆周表面充电成为可能。
使用磁刷充电方法能够将感光鼓的圆周表面充电到和施加到接触充电元件的偏压的电位成比例的电位，如图7中的线C所示，线C显示了不同接触充电元件的充电性能特性。
然而，磁刷充电方法也具有它自己的弱点，碰到和上述其它方法不同的问题。例如结构复杂。此外，也具有这样的趋势，导电磁微粒从磁刷部分上脱落并粘附在感光鼓上。
日本专利申请6-3921和类似的专利文献提出了一种接触充电方法，其中，通过直接将电荷注入到感光元件能够保持电荷的部分，例如感光鼓圆周表面上的收集器或感光鼓的充电注入层而对感光元件充电。这种方法不依靠放电。因此，使用该方法向感光鼓表面充电所需的电压仅须和要被充电物体的圆周表面将要达到的电位相同就可。此外不产生臭氧。此外不施加交流电压，不产生噪音。换句话说和基于辊充电方法相比，由于这种方法不产生臭氧，耗费小数量的电能，这种方法更优越。
D)调色剂重复使用系统(无清洁系统)
在转印类型的图象记录装置中，利用一清洁器(清洁装置)，将残存的显影剂(调色剂)也就是图象转印后保留在感光鼓上的显影剂微粒(调色剂微粒)从感光鼓圆周表面上清除，非常浪费调色剂。从环保角度出发，希望不产生废弃的调色剂。因而获得利用调色剂重复使用系统的图象记录装置。根据这种系统或过程，图象转印后保留在感光鼓上的显影剂微粒(调色剂微粒)从感光鼓圆周表面上被清除，然后被显影装置通过“显影/清洁工序”回收。回收后的调色剂被再次使用。
“显影/清洁工序”是一种工序，在显影期间，即感光鼓转动而被充电，通过曝光形成静电潜象，然后对静电潜象进行显影，使用阻止图象模糊偏压(施加在显影设备上的直流电压电位和感光鼓上圆周表面上的电位之间的差值Vback)，在图象转印之后，回收残存在感光鼓表面上的调色剂。根据这种工序，转印残存调色剂被显影装置所回收，并在随后的显影过程中被再次使用。换句话说，不产生废弃的调色剂，减少了维修的麻烦。此外，无清洁器提供了有关空间的优点，即能够极大地减少图象记录装置的尺寸。
在调色剂重新使用系统中，没有利用上述专用的清洁器从感光鼓圆周表面上清除转印残存的调色剂。替代的方案是，残存的调色剂通过充电部分被传送到显影装置并在显影过程中再次被使用。因此，存在这样的问题，即在绝缘的调色剂处于感光鼓和接触充电元件之间的界面的同时，如何使用作为向感光鼓充电的手段的接触充电方法实现向感光鼓充电。在基于辊充电方法或基于毛刷充电方法中，经常通过使残存调色剂分散，减轻残存调色剂在感光鼓上所形成的图案，施加大电压，引起放电，以便向感光鼓充电。相比之下，在基于磁刷充电方法中，粉末物质，在此情况下也就是微粒形式的磁物质被用作用于接触充电元件或磁刷的材料。因此通过和感光鼓接触，最好准确地适应感光鼓圆周表面结构，磁刷部分或导电微粒积聚部分向感光鼓充电。然而，使用调色剂重复利用系统使装置结构复杂，也产生一系列问题，即形成磁刷部分的导电磁微粒散落。
E)直接注入电荷方法(海绵和导电微粒的组合)
在直接向要被充电物体注入电荷的接触充电方法中，电荷直接从接触充电元件被转移到要被充电的物体。因此，为了实现利用基于辊充电方法通过直接向物体注入电荷而进行充电，为了电荷注入，充电辊和要被充电物体之间的接触状态必须完美。利用上述简单的装置，即通过感光鼓的转动，充电辊转动，不能实现这样的接触状态。
为了创造充电辊和要被充电物体之间用于电荷注入的完美的接触状态，对于磁刷充电方法，充电辊必须转动，因而在充电辊表面和要被充电物体的表面之间保持速度差。然而当充电辊和接触充电元件由弹性材料制成时，充电辊和要被充电物体之间存在大量的摩擦，不能在接触充电元件转动的同时在接触充电元件表面和要被充电物体的表面之间保持速度差。在这种条件下迫使接触充电元件转动导致一个问题，即接触充电元件表面和要被充电物体的表面被削刮。
为了更准确地描述，通过使接触充电元件表面相对于要被充电物体的表面运动，在接触充电元件表面和要被充电物体的表面之间提供速度差值。最好通过转动地驱动接触充电元件，创造这种接触充电元件表面的运动，接触充电元件表面的运动方向和要被充电物体表面的运动方向相反。
通过使接触充电元件表面和要被充电物体表面在相同的运动方向运动，也可以在充电元件表面和要被充电物体表面之间提供这种速度差值。然而直接向要被充电物体表面注入电荷的充电方法的性能和要被充电物体表面速度与充电元件表面速度的比值成比例。由于为了使同向运动时充电元件和要被充电物体之间的圆周速度比值等于反向运动时充电元件和要被充电物体之间的圆周速度比值，在同向运动时充电元件的转动必须比反向运动时充电元件的转动快，因此在转动时，使充电元件表面在和要被充电物体表面的运动方向相反的方向运动比两个表面在相同方向运动更优越，所述同向运动是指充电元件表面在和要被充电物体表面的运动方向相同，所述反向运动是指充电元件表面在和要被充电物体表面的运动方向相反。上述圆周速度差值被定义如下：
圆周速度比值＝{(充电元件圆周速度-要被充电物体圆周速度)/要被充电物体圆周速度}×100(当充电元件和要被充电物体表面在相同方向运动时充电元件圆周速度设想的正值)
对于上述结构布置，即使当充电辊或类似的结构更简单的材料被用作接触充电元件时，施加到充电辊或接触充电元件上的偏压必须仅和要被充电物体的电位一样高，因而不依靠放电，就能实现向物体的充电，因而可靠和安全。
这就是，即使当使用诸如充电辊等简单元件作为接触充电元件时，也能获得一种接触充电装置，它在均匀充电方面特别优异，并能长期直接向要被充电物体注入充电；换句话说，能够获得一种接触充电装置，其结构简单，能够通过直接向要被充电物体注入电荷而实现充电，没有产生臭氧，同时使被施加到接触充电元件上的电压尽可能地小。
对于这种结构，能够提供一种图象形成装置或处理盒，其结构简单成本低并能向感光元件均匀充电，不会出现由于臭氧生成或充电失败而引起的问题。
美国专利US6,134,407、6,081,681和6,128,456显示了用于减少接触充电元件和要被充电物体之间摩擦的装置。根据这些专利文献，导电微粒被设置在接触充电元件和要被充电物体之间的间隙内，因而通过所述微粒的润滑效果(减少摩擦效果)，接触充电元件和要被充电物体之间的摩擦被降低。接触充电元件具有低摩擦表面层，以便降低接触充电元件和要被充电物体之间的摩擦力。
出现在接触充电元件和要被充电物体之间间隙内的上述微粒降低了接触充电元件和要被充电物体之间的摩擦。接触充电元件和要被充电物体之间摩擦的降低能够减少使接触充电元件转动所需的扭矩，允许接触充电元件和要被充电物体保持彼此接触的同时，维持接触充电元件的表面和要被充电物体的表面之间较大的速度差值。此外，出现在接触充电元件和要被充电物体之间间隙内的上述微粒改善了接触充电元件和要被充电物体之间的接触状态，也就是改善了密度和均匀性。更具体地说，随着它摩擦要被充电物体的表面，接触充电元件和要被充电物体之间的粉末状物质实际上充满了接触充电元件和要被充电物体之间间隙内的所有微小缝隙。因此，电荷以更高的效率被直接注入到要被充电的物体。换句话说，当使用这样的接触充电方法时，即粉末状物质被放置在接触充电元件和要被充电物体之间时，直接注入机理也就是向要被充电物体直接注入电荷的机理占支配地位。
因此，充电效率非常高。物体可以被充电到与施加到接触充电元件上的电压电位实际上相同的电位。当通过使由弹性材料制成的接触充电元件相对于要被充电物体的表面运动并和要被充电物体接触，同时在两个表面之间维持一个基本的速度差值，而向物体充电时，通过减少接触充电元件和要被充电物体之间的摩擦，用于驱动接触充电元件所需的初始扭矩可以被减少，接触充电元件和要被充电物体之间的直接接触状态在均匀性上被改善，能够使电荷被直接和均匀地注入要被充电的物体。
在背景技术部分中已经被介绍过的现有技术的有关直接注入充电的接触充电元件中，存在这样的接触充电元件，象海绵辊一样，它的表面是多孔的，并被涂附用显微镜可见的导电微粒以提高直接注入效率。这些接触充电元件不仅通过物体和接触充电元件之间的直接接触而且通过物体和用显微镜可见的导电微粒之间的接触而使物体被充电。换句话说，能够使要被充电物体和接触充电元件之间的接触状态极其密实。因此通过电荷注入，所述物体可以被令人满意地也就是均匀和可靠地充电。
用显微镜可见的导电微粒是增强接触充电元件的充电性能的微粒(充电性能增强微粒)。用显微镜可见的导电微粒(下文被称作导电微粒)被设置在要被充电物体和接触充电元件之间的间隙内，将电荷可靠地注入到要被充电的物体，以便向所述物体均匀地充电。
换句话说，利用出现在要被充电物体和接触充电元件之间的导电微粒，使用一种接触充电方法对要被充电物体进行充电。出现在要被充电物体和接触充电元件之间的导电微粒不仅使要被充电物体和接触充电元件由于所述微粒的润滑效果而平稳地接触地运动，而且使要被充电物体和接触充电元件之间的接触状态在接触密度上被改善，增加了接触充电元件和要被充电物体的接触频率。因而，运动物体的表面被充电间隙处的导电微粒均匀地摩擦。因此接触充电元件表面和要被充电物体表面彼此之间保持即使在微观情况下也很完美的接触，同时保持一定大小的接触阻力。在很高的效率和均匀性的基础上，使电荷被直接注入到要被充电的物体。在上述利用接触充电元件进行接触充电的情况下，占支配地位的充电机理是直接注入机理，也就是在该种充电机理中，电荷被直接注入物体。
然而当上述充电装置被用于无清洁器类型的图象形成装置时，也就是图象形成装置没有专用清洁器，单元彼此相互连接的海绵辊被用作充电装置的充电元件时。出现下述问题：随着复印品数量的增加，沉积在海绵辊的纤维纸尘的数量也增加，转印残存调色剂微粒围绕所述纸尘微粒积聚，导致充电元件的充电性能下降。
另一方面，当单元是离散的海绵辊被用于无清洁器类型的图象形成装置时，出现不同于上述问题的问题。由于这种海绵辊的微粒保持性能差，转印残存调色剂微粒被很快地排放到感光鼓的圆周表面上，因此，不能临时地保存转印残存调色剂微粒。因而，曝光光线被感光鼓的圆周表面上的转印残存调色剂微粒阻挡。此外，有时大量的转印残存调色剂微粒从充电辊被排放到感光鼓的圆周表面上。在此情况下，显影设备不能从感光鼓的圆周表面上回收所有的转印残存调色剂微粒，显影设备不能回收的微粒，换句话说，留在感光鼓的圆周表面上的微粒被转印到转印介质上，导致图象背景部分变得模糊。
发明内容
本发明的主要目的是解决上述问题，并提供一种充电元件、充电装置、图象形成装置和处理盒，能够阻止外来物质例如纸尘积聚在充电元件的泡沫部分。
本发明的另一个目的是提供一种具有优异保持微粒能力的充电元件、充电装置、图象形成装置和处理盒。
本发明的另一个目的是提供一种能够临时存储转印残存显影剂的充电元件、充电装置、图象形成装置和处理盒。
按照本发明的第一方面，提供一种用于向要被充电元件进行充电的充电元件包括：一种设置在所述充电元件表面上的弹性泡沫元件，所述弹性泡沫元件包括多个单元部分，其具有限定该单元部分的壁部分，其特征在于：连接每个单元部分与另一单元部分的间隙的投影面积与单元部分的投影面积的间隙比值不小于5％，不大于50％。
按照本发明的第二方面，提供一种充电装置包括：一种用于向要被充电元件进行充电的充电元件，其中在所述充电元件表面上设置一弹性泡沫元件，在要被充电元件和所述弹性泡沫元件之间形成间隙，导电微粒被设置在所述间隙部分，其特征在于：所述弹性泡沫元件包括多个单元部分，其具有确定该单元部分的壁部分，连接每个单元部分与另一单元部分的间隙的投影面积与单元部分的投影面积的间隙比值不小于5％，不大于50％。
按照本发明的第三方面，提供一种可拆卸地安装在图象形成设备的主体部件上的处理盒，所述处理盒包括：一图象承载元件；一用于向所述图象承载元件充电的充电元件，在所述充电元件表面上设置一弹性泡沫元件，在要被充电元件和所述弹性泡沫元件之间形成间隙，导电微粒被设置在所述间隙部分，所述弹性泡沫元件包括多个单元部分，其具有确定该单元部分的壁部分，其特征在于：连接每个单元部分与另一单元部分的间隙的投影面积与单元部分的投影面积的间隙比值不小于5％，不大于50％。
按照本发明的第四方面，提供一种图象形成装置包括：一图象承载元件；一用于向要被充电元件进行充电的充电元件，在所述充电元件表面上设置一弹性泡沫元件，在要被充电元件和所述弹性泡沫元件之间形成间隙，导电微粒被设置在所述间隙部分；用于在所述图象承载元件上形成静电潜像的静电潜像形成装置；所述弹性泡沫元件包括多个单元部分，其具有确定该单元部分的壁部分，其特征在于：连接每个单元部分与另一单元部分的间隙的投影面积与单元部分的投影面积的间隙比值不小于5％，不大于50％。
下文通过结合附图对优选实施例所进行的介绍，本发明的这些和其它目的、特征和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是一个示意性视图，显示了符合本发明实施例的图象形成设备的一般结构；
图2显示了如何测量流过充电元件的泡沫弹性部分的空气数量；
图3是具有充电可注入表面层的感光元件的外周部分的一个放大的示意性断面图，用于显示它的迭层结构；
图4是充电元件的泡沫弹性部分的放大的示意性断面图，其中，
图5是充电元件的泡沫弹性部分的放大的示意性断面图，其中
图6是充电元件的泡沫弹性部分的放大的示意性断面图，其中
图7是一图表，用充电性能的形式显示了充电元件的特性；
图8是本发明实施例内的充电元件表面的放大视图。
优选实施例介绍
(1实施例1)
图1是一个示意性视图，显示了符合本发明的配备有充电元件或接触充电装置的图象形成设备的一般结构。
在这个实施例中，图象形成设备是一种激光打印机(记录设备)，它使用转移类型的电子照相工序、处理盒安装/拆卸系统和接触充电系统。
(1)打印机的通常结构；
附图标记1代表一要被充电的元件(图象承载元件)。在这个实施例中，是一种阴性的可充电有机感光元件(阴性感光元件，下文被称作感光鼓)，它是一个直径为30毫米的转动辊。这个感光鼓1沿箭头所示的顺时针方向以50毫米/秒的圆周速度转动(操作速度：PS；印刷速度)。
附图标记2代表一导电弹性辊(下文被称作充电辊)，作为一弹性接触充电元件，使它以预定压力和感光鼓1接触。附图标记n代表充电间隙，也就是感光鼓1和充电辊2之间的间隙。用氟化作用化合物处理后的充电辊2的外周表面被用此方式预先涂附导电微粒m1(充电性能增强微粒)，即允许所述微粒自由地离开充电辊2的外周表面。下文将介绍充电辊2和导电微粒m1。
充电辊2在这样的方向转动地被驱动，即在充电间隙n所在位置它的外周表面的运动方向和感光鼓1外周表面的运动方向相反。充电辊2的圆周速度和感光鼓1的圆周速度之间存在差异。从充电偏压电源S1向充电辊2施加预定偏压。
因此，电荷被直接注入到转动的感光鼓1的外周表面上，因而均匀地将感光鼓1的外周表面充电到预定极性和电位。下文将详细介绍这个过程。
附图标记3代表激光扫描仪(曝光设备)，它包括激光二极管、多面镜等。这个激光扫描仪输出用反映所期望图象的图象形成数据的顺序数字电子信号调制后的激光束L，从而转动的感光鼓1被均匀充电的外周表面暴露于(被扫描)激光束L下。因而符合所期望图象的图象形成数据的静电潜象被形成在感光鼓1的外周表面上。
附图标记4代表显影设备。为了显影t，导电微粒(充电性能增强微粒)m2已经被添加。在显影设备4的显影部分a，感光鼓1的外周表面上的静电潜象被显影成调色剂图象，下文将介绍显影设备4和导电微粒m2。
附图标记5代表转印辊，作为一种接触转印措施，它的电阻处于中间范围。用预定方式即两者之间形成转印间隙b，使转印辊5压在感光鼓1上。对于这个转印间隙b，一种转印介质P从未示的纸张输送部分在预定时刻被输送到转印辊5，来自转印偏压应用能源S3的一预定转印偏压被施加。从而，感光鼓1上的调色剂图象被顺序地转印到被输送进入转印间隙b的转印介质P的表面上。在这个实施例中，使用电阻值为5×103Ω的转印辊5。为了转印，+2000V的直流电压被施加到转印辊5上。更具体地说，被输送进入转印间隙b后，使转印介质P通过转印间隙b，同时随着转印介质P被传送，在转印间隙b内保持被夹紧。利用静电力和压力，形成和承载在感光鼓1外周表面上的调色剂图象被顺序地转印到转印介质P上。
附图标记6代表热定影设备或类似设备。从感光鼓1接收调色剂图象并通过转印间隙b之后，转印介质P离开转动的感光鼓1的表面并被引入定影设备6，在定影设备6上，调色剂图象被固定到记录介质P上。然后记录介质P作为完工后的复印件(印刷件)从图象形成设备中被排出。
这个实施例中的印刷机是一种无清洁器类型的印刷机。因而转印残存调色剂也就是将调色剂图象转印到转印介质P上后残留在转动的感光鼓1外周表面上的调色剂没有被专用的清洁器(清洁设备)所清除。替代的是，随着感光鼓1的转动，残存调色剂通过充电间隙n到达显影部分a。然后当潜象在显影部分a被显影的同时，被显影设备4回收(调色剂重新使用过程)。
(充电辊2)
在这个实施例中作为接触充电元件的充电辊2包括作为电极的金属芯2a和一作为弹性部分的弹性层2b。弹性层2b由其中散布有碳微粒的聚氨酯泡沫橡胶形成，它的电阻处于中间范围。在泡沫弹性部分，单元(cell)被任意地仅和一些邻近的单元相连。
下文将详细地介绍用于这个实施例中的充电辊2的弹性层材料的泡沫材料的结构。
图8是这个实施例中的充电元件表面的放大视图，利用SEM摄影或类似手段获得该视图。从充电元件放大表面的摄影中，从最大的一个开始，按照尺寸大小选取100个单元，每个单元的投影面积A和间隙(连接一个单元和另一个单元的通道)的投影面积B被测量。然后，计算投影面积A和B之间的比值。对所有100个单元都计算这个比值。然后对所获得的100个单元的比值求平均值：每个单元的间隙比值＝(间隙的投影面积B/每个单元的投影面积A)×100
求取100个单元的间隙比值的平均值(平均间隙比值)
在这个实施例中使用泡沫材料时，这个间隙比值被保持在5％～50％的范围内。当泡沫材料的平均间隙比值不小于5％时，泡沫材料的微粒保持力最佳，当泡沫材料的平均间隙比值不大于50％时，泡沫材料具有相对小数量的互相连络，能够阻止纸尘(paper dust)S进入泡沫材料。
在下文将平均间隙比值不小于5％和不大于50％的泡沫材料称作“泡沫材料，其中单元任意地仅和一些相邻单元相连”。
下文参考图4～6详细地介绍本发明的效果。
(A)图4是充电元件(充电辊)的泡沫弹性部分的放大的示意性断面图，其中单元任意地仅和一些相邻单元相连，显示了纸尘微粒S和残存的调色剂微粒t’进入泡沫弹性部分或从泡沫弹性部分中被排出的方式。
如图4所示，单元任意地仅和一些相邻单元相连的泡沫弹性部分2b显示所有单元都是离散的泡沫材料的特性。因此，细丝形式的纸尘S不能深深地侵入泡沫弹性部分2b。因而即使当允许纸尘s侵入泡沫弹性部分2b时，大多数纸尘保存在泡沫弹性部分2b的表面上或靠近泡沫弹性部分2b的表面。因而刚将残存调色剂微粒t’从泡沫弹性部分2b中排出后，纸尘s被从泡沫弹性部分2b中排出。
另一方面，这个泡沫弹性部分2b也显示单元彼此相互连接的泡沫材料特性，允许微粒深深地侵入泡沫弹性部分2b。因而泡沫弹性部分2b能够临时地存储残存的调色剂微粒t’并逐渐地将它们排出到要被充电的物体(感光元件)上。
(B)图5是充电元件的泡沫弹性部分2b’的示意性断面图，这是充电元件的一个比较示例，其中，单元彼此相互连接，显示了纸尘微粒S和残存的调色剂微粒t’进入泡沫弹性部分或从泡沫弹性部分2b’中被排出的方式。
如图5所示，这个泡沫弹性部分2b’没有显示所有单元都是离散的泡沫材料的特性。因此随着纸尘S’侵入泡沫弹性部分2b’，它深深地进入泡沫弹性部分2b’，阻止泡沫弹性部分2b’将其排出。然而在这个泡沫弹性部分2b’中的单元是相互连接的，使沫弹性部分2b’具有更高的微粒保持能力。因而这个泡沫弹性部分2b’能够临时地存储残存的调色剂微粒t’并逐渐地将它们排出到要被充电的物体上。
(C)图6是充电元件的泡沫弹性部分2b”的示意性断面图，这是充电元件的另一个示例，其中，单元是离散的，显示了纸尘S和残存的调色剂微粒t’进入泡沫弹性部分或从泡沫弹性部分2b’中被排出的方式。
如图6所示，在这种泡沫弹性部分2b”中，所有单元都是离散的。因此，细丝形式的纸尘S不能深深地侵入泡沫弹性部分2b”。因而即使当纸尘s侵入泡沫弹性部分2b”时，刚将残存调色剂微粒’从泡沫弹性部分2b”中排出后，纸尘s被立即从泡沫弹性部分2b”中排出。
然而这种泡沫弹性部分2b”不能显示单元相互连接的泡沫材料的所有特性。因而在微粒保持上是劣等的。因此不能临时地存储残存的调色剂微粒t’；换句话说，残存的调色剂微粒t’从泡沫材料中被排出并同时被排到要被充电的物体上。
根据上述内容，清楚地看出，使用单元仅和一些相邻的单元连接的泡沫弹性部分2b作为充电元件解决了单元相互连接的泡沫弹性部分2b’作为充电元件的一种问题，也就是由于细丝形式的纸尘s的干扰，要被充电的物体不能令人满意地被充电。因而即使在长期印刷操作期间，充电元件不存储纤维纸尘s，因而产生不受起源于感光元件没有满意地充电的缺陷所影响的图象。
此外，使用单元仅和一些相邻的单元连接的泡沫弹性部分2b作为充电元件的弹性部分解决了使用单元相互连接的泡沫弹性部分2b’作为弹性部分的另一种问题，即从充电辊排出的残存调色剂微粒t’阻塞曝光光线，和残存调色剂微粒t’所引起的图象模糊。因此，即使长期印刷期间，令人满意的图象，也就是不受起源于感光元件没有满意地充电的缺陷所影响的图象被产生。
关于充电元件的泡沫弹性层的特性，希望充电元件的泡沫弹性层通过下述测试：在充电辊2的轴向长度上，从泡沫弹性部分2b上切割25毫米长的一片作为测试片。在轴向方向上，测试片的一端暴露于周围环境下，另一端和腔相连。所述腔的内压保持在100mmHg(13.3KPa)，比大气压力低。测量流过测试片的空气数量是否不小于1cc/cm2min和是否不大于100cc/cm2min时。当流过充电辊的泡沫弹性部分的空气数量不大于1cc/cm2min时，实际上，充电元件的表面单元不和它们相邻的单元相连。因而充电辊的微粒保持能力差。因而充电辊不能临时存储残存的调色剂微粒，而是将它们立即排到感光元件上。因此，在曝光期间，曝光光线被残存的调色剂微粒阻挡。此外，显影设备可能无法大数量地回收所有被排放到感光元件的残存的调色剂微粒。因而，转印介质上的非图象区域可能出现起源于残存的调色剂微粒的图象模糊。另一方面，当流过充电辊的泡沫弹性层的空气数量不小于100cc/cm2min时，充电辊的泡沫弹性层内一定数量的单元是相互连接的，允许纸尘进入充电元件。因而，松软多孔的充电辊内的纤维纸尘数量逐渐增加。此外，由于纸尘起核心的作用，残存的调色剂微粒凝聚，可能导致感光元件不能满意地被充电。
为了更详细地介绍，利用图2所示设备采用下述方式测量流过诸如上述用作充电元件的弹性层材料的泡沫弹性材料的空气数量。首先制造包括泡沫弹性层2b的充电辊2。然后在充电辊2的轴向长度方向上，从泡沫弹性部分2b上割一个25毫米长的片作为测试片17，然后将该测试片压入缸18，该缸的内径比充电辊2的外径略小。缸18的一端暴露于外界环境下，另一端和一个具有插入的流量计的真空泵量规21相连。然后利用空气流量计19测量流过测试片17的空气数量，同时操纵真空泵20，利用量规21测量和真空泵20相连一侧的缸18部分的内压力，因而保持内压力为100mmHg，比大气压力低。然后被测量的空气流数量被测试片17的横截面面积划分，获得流过充电辊的空气数量。在这个实施例中，流过充电辊的空气数量是13cc/cm2min。
采用微粒可以自由流动的方式，这个充电辊2已经被涂附了导电微粒m1(充电性能增强微粒)。
为了形成泡沫弹性层，使其电阻值处于中间范围，通过采用公知的比例，将交联剂、发泡剂(水、低沸点的物质、气体类物质或类似物质)、表面活性剂、催化剂等等混合进尿烷，产生活性泡沫材料，所述混合物将被形成的泡沫弹性层的结构可能变成这样的结构，因而，单元仅和相邻的单元连接。此外，为了使充电辊具有所希望的导电性，导电微粒(例如碳黑)被混合进入上述的活性混合物或用于制造泡沫弹性层的材料。因而，将所产生的材料放入模具，在所述模具内形成泡沫，形成辊形的围绕就金属芯2a的泡沫弹性层2b，其中单元仅和相邻的单元连接。然后根据需要泡沫弹性层2b的圆周表面被抛光，形成一个直径为12毫米长度为200毫米的充电辊2或导电弹性辊。
在这个实施例中，所测量的充电辊2的电阻是100KΩ，采用下述方式获得该测量值：即将充电辊2压在直径为30毫米的铝辊上，总压力为1公斤(9.8牛顿)的压力被施加到充电辊2的金属芯2a上。在金属芯2a和铝辊之间施加100V电压的同时测量充电辊2的电阻。
这是非常重要的，即作为接触充电元件的充电辊2的功能是一个电极。换句话说，不仅需要给予充电辊2足够的弹性，以便获得充电辊2和要被充电物体之间尽可能理想的接触状态，而且充电辊2的电阻低到足以对运动的物体进行充电。另一方面，当要被充电物体具有绝缘形式的缺陷部位时，例如小孔，充电辊2必须能够阻止漏电。因而当要被充电物体是感光元件时，希望充电辊2的电阻是104～107Ω，因而充电辊2具有令人满意的充电性能和能够阻止漏电的电阻值。
对于充电辊2的硬度来说，如果硬度太低，充电棍2的形状不稳定，不能保持和要被充电物体的适当的接触，如果硬度太高，不仅充电棍2不能和要被充电物体形成适合尺寸的充电间隙，而且在微观上不能和要被充电物体合适地接触。因此当使用AskerC硬度计进行测量时，充电棍的硬度范围应该为25～50度。
对于形成充电棍2的泡沫弹性部分的材料，可以使用EPDM尿烷、NBR、硅橡胶、IR等。通过采用公知的比例，将交联剂、发泡剂(水、低沸点的物质、气体类物质或类似物质)、表面活性剂、催化剂等等混合进这些材料，产生活性泡沫材料，所述混合物将被形成的泡沫弹性层的结构可能变成这样的结构，因而，单元仅和相邻的单元连接。此外，为了调整电阻，诸如碳黑或金属氧化物的导电微粒被散布在上述的活性混合物中。代替导电物质的散布，可以使用导电物质离子调整电阻。因而所生产的泡沫材料被放入模具，在所述模具内形成泡沫，形成单元仅和相邻的单元连接电阻值为中间范围的泡沫弹性层。
在预定压力下，使充电棍2和作为要被充电物体的感光鼓1接触，在充电棍2和感光鼓1之间形成充电间隙，由于充电棍2是弹性的。在这个实施例中，充电间隙的宽度是3毫米。
在这个实施例中，充电棍2大约以80rpm的速度沿顺时针方向转动。充电棍2表面和感光鼓1表面在充电间隙以相同速度沿彼此相反的方向运动。换句话说，充电棍2转动，从而充电棍2表面和作为要被充电物体的感光鼓1表面之间存在一定的速度差。
此外，-700V的直流电压作为充电偏压从充电偏压电源S1被施加到金属芯2a。
(3)显影设备4
在这个实施例中，显影设备4是一种反转显影型显影设备，它利用单独成分磁调色剂(阴性调色剂)作为显影剂t。
附图标记4a表示作为一种显影剂承载/传送元件的转动的非磁性显影套筒，在其中空圆筒内，设置一个磁辊4b。利用调整刀片4c，将显影剂t在转动的显影套筒4a的圆周表面上涂附成一个薄层。
利用调整刀片4c，调整转动的显影套筒4a的圆周表面上的显影剂t的层厚。
随着转动套筒4a的转动，涂附在套筒4a上的显影剂被转送到显影部分a(显影区域)，在该区域，感光鼓圆周表面和套筒4a的圆周表面彼此相对。从显影偏压电源S2向套筒4a施加显影偏压电压。对于显影偏压，使用-500V的直流电压和频率为1800Hz峰值到峰值电压为1600V的交流电压的组合电压。利用显影偏压，感光鼓1圆周表面上的静电潜象被调色剂显影。
单一组分磁性调色剂的显影剂t包含粘结剂、磁性微粒和电荷控制剂。在生产中，这些成分被混合、揉成团、粉碎和分类，因而获得微粒，添加流化剂或类似产品以获得最终产品，或单一组分磁调色剂。调色剂的平均微粒直径(D4)是7微米。
在这个实施例中，当上述显影剂t按重量是100份时，添加2份重量的导电微粒m2作为充电性能增强微粒。
(4)感光鼓1上的显影剂t和导电微粒的运动
在显影部分a，随着感光鼓1上的静电潜象被调色剂显影，占显影设备4内显影剂t重量的2％的导电微粒m2和调色剂微粒一起以合适的数量运动到感光鼓1上。
在转印间隙b，在转印偏压的作用下，感光鼓上的调色剂图象被拉倒记录介质P上，主动地转印到记录介质P上。相比之下，由于具有导电性，感光鼓2上的导电微粒m2没有主动地转移到记录介质P上，而是保持粘附在感光鼓1上。
由于打印机是无清洁器类型的打印机，利用感光鼓1圆周表面的运动，上述在图象转印后保留在感光鼓1圆周表面上的导电微粒m2被传送到充电间隙n，也就是感光鼓1和充电棍2之间的间隙，并粘附在充电棍2上，也就是提供给充电棍2。
换句话说，即使导电微粒从充电棍2上脱落，保留在显影设备4的显影剂t内的导电微粒m2被连续地提供给充电棍2。更具体地说，随着打印机的操作，利用感光鼓1圆周表面的运动，在显影部分a，被移动到感光鼓1圆周表面上的导电微粒m2通过转印间隙b被转送到充电间隙n，然后被提供给充电棍2上。
那些从充电棍2上脱落的导电微粒m2被显影设备4所回收，并被混合到显影剂t内重新使用。
由于打印机是无清洁器类型的打印机，利用感光鼓1圆周表面的运动，在图象转印后保留在感光鼓1圆周表面上的转印残留调色剂被传送到充电间隙n，或感光鼓1和充电棍2之间的界面上，在此，它们粘附和/或进入充电棍2。即使如上所述转印残留调色剂粘附和/或进入充电棍2，出现在感光鼓1和充电棍2之间的充电间隙n的导电微粒m1和m2使感光鼓1和充电棍2之间保持适当大小的接触阻力成为可能，同时保持充电棍2和感光鼓1接触，即使在微观上，两者之间没有间隙。因此，尽管充电棍2被转印残存调色剂所玷污，充电棍2也能长期直接和可靠地将电荷注入感光鼓1；换句话说，充电棍2可以均匀地向感光鼓1充电，而且长期不产生臭氧。
如上所述，充电棍2和感光鼓1彼此接触转动，在充电棍2和感光鼓的圆周速度之间存在一定大小的差异。因此，随着转印残存调色剂从转印间隙b到达充电间隙n，它们主动地搅动，使感光鼓1上的图案丧失。因此，在感光鼓1在先的转动循环期间，形成在感光鼓1上的图象图案并不在当前被形成图象的中间色调区域形成重影。
粘附和/或进入充电棍2之后，转印残存调色剂微粒逐渐地从充电棍2上脱落到感光鼓1上。因此，随着感光鼓1的圆周表面的运动，它们到达显影区域a，在此，在感光鼓圆周表面上的静电潜象被显影装置显影的同时，它们被显影装置回收(从感光鼓1上清除)。
如上所述，“显影/清洁过程”是这样一种过程，在感光鼓1转动循环期间，所形成静电潜象的显影期间，在通过使用模糊图象偏压，也就是施加到显影设备上的直流电压电位和感光鼓1圆周表面电位之间的电位差值Vback，转印之后保留在感光鼓1圆周表面上的调色剂微粒被显影设备回收。更具体地说，随着感光鼓1连续的转动，感光鼓1圆周表面上残留有调色剂的部分被充电并曝光，因而在感光鼓圆周表面存在转印残存调色剂微粒的部分上形成潜象。因此，在这个潜象被显影的同时，所述转印残存调色剂微粒被清除。在这个实施例中，打印机反向显影该潜象，这种显影/清除过程被这种电场执行，即从感光元件的暗调部分(dark potential level portion)剥去调色剂微粒并将它们粘附在显影套筒上(回收)的电场，和从显影套筒剥去调色剂微粒并将它们粘附在感光元件的亮调部分(light potential level portion)的电场。
(5)导电微粒m1和m2
在这个实施例中，电阻为106Ωcm，微粒平均直径3微米的氧化锌导电微粒被用作导电微粒m1，作为充电性能增强微粒被事先涂附在充电棍2的圆周表面上。
为了向感光鼓1圆周表面均匀充电，希望导电微粒的微粒直径更小，更准确地说，希望不大于10微米。最好所述微粒的平均直径不小于10nm，在尺寸上不大于一个单独的象素。
为了通过导电微粒更有效地放电或接收放电，希望导电微粒的电阻不大于1012Ωcm，最好不大于1010Ωcm。此外，希望导电微粒的电阻不小于102Ωcm。
充电性能增强微粒是处于彼此独立的主要状态或处于积聚状态的次要状态并不重要。
在这个实施例中，类似于事先涂附在充电棍2上的导电微粒m1的导电微粒被用作导电微粒m2，并将它作为充电性能增强微粒而混合进入显影剂。
如果导电微粒m2的微粒直径太小，调色剂微粒被电阻值很小的导电微粒m2覆盖。因此调色剂微粒不能通过摩擦而令人满意地充电，不能令人满意地显影潜象。相反，如果导电微粒m2的微粒直径太大，导电微粒m2阻挡曝光光线。此外使完工后的图象看上去质量很差；导电微粒m2在调色剂中突出，导致调色剂图象即显影后的潜象显得不规则。因此，被添加到显影剂中的导电微粒的微粒直径希望不小于0.1微米，不小于调色剂微粒的直径。
上述出现在充电间隙n即作为要被充电物体的感光辊1和作为接触充电元件的充电棍2之间的间隙导电微粒所起的功能是润滑剂。本来，由于摩擦阻力，充电棍2难以在和感光鼓1接触转动的同时保持充电棍2和感光鼓1之间的圆周速度差异，但是由于导电微粒出现在充电间隙内，充电棍2能够轻易地在和感光鼓1接触转动的同时保持充电棍2和感光鼓1之间的圆周速度差异。
利用充电棍2和感光鼓1之间预定大小的圆周速度差异，感光鼓1和充电棍2之间间隙内的导电微粒m1和m2和感光鼓1接触的频率可以急剧地增加，使感光鼓1和充电棍2彼此保持接触，它们之间没有存在可以看到的间隙。此外，出现在感光鼓1和充电棍2之间的这些导电微粒m1和m2摩擦感光鼓1的圆周表面，甚至不漏过一个单独点，允许电荷被直接和有效地注入感光鼓1。因而，当通过出现在感光鼓1和充电棍2之间的导电微粒m1和m2使用充电棍2使感光鼓1充电时，换句话说，当使用接触充电方法对感光鼓1进行充电时，直接注入充电占支配地位。
(6)感光元件
在这个实施例中，为了减少充电性能增强微粒和要被充电物体圆周表面之间的摩擦，调整要被充电物体的表面电阻，以便更可靠更均匀地向感光元件充电，在第一实施例中，作为要被充电物体的感光元件1的圆周表面被涂附电荷注入层。
图3示意性显示了这个实施例中所使用的感光元件的外围部分即作为电荷注入层16的表面层，并显示了叠层结构。从图中可以清楚地看到，这个感光元件包括一普通的有机光电导辊和设置在有机光电导辊圆周表面上以便改善有机光电导辊的充电性能的电荷注入层16。通过在铝基元件11(A1辊)的圆周表面上按下述顺序涂附一底涂层12、正电荷阻塞层13、一电荷生成层14和一电荷转移层15，形成一有机光电导辊。
电荷注入层16包括作为粘结剂的可光致固化的聚丙烯树脂、作为导电微粒(导电填料)的氧化锡(SnO2)用显微镜可见的微粒16a(直径大约为0.03微米)、润滑剂例如四氟乙烯(化学名：Teflon)、聚合引发剂等等。这些成分被良好地混合，并涂附在机感光元件的圆周表面上，并光固化成一层薄膜。
电荷注入层16的最重要方面是表面电阻和表面能量。在直接注入电荷的充电方法中，减少要被充电侧面的电阻能够更有效地交换电荷。另一方面，当要被充电物体是图象承载元件时(感光元件)，要被充电物体必须能长期保留静电潜象。因而电荷注入层16的体电阻系数值的适合范围是1×109～1×1014(Ωcm)。
存在润滑剂减少了要被充电物体(感光元件)的表面能量，使调色剂能够轻易地移动到转印介质上，使纸尘更难以粘附在要被充电物体上。因此，减少了接触充电元件被调色剂和纸尘的玷污，将充电棍的服务寿命延长到令人满意的水平。此外，在电荷注入层16内存在的润滑剂减少了充电性能增强微粒和要被充电物体之间的摩擦力，显著地减少了要被充电物体被削刮的数量。
如上所述，在这个实施例中使用充电装置，在感光元件上设置一电荷注入层作为它的表面能够保证电荷可以长期高效率地直接被注入感光元件。
(比较示例)
这个第一比较示例中的打印机和第一实施例中的打印机区别仅在于接触充电元件。更具体地说，在这个比较示例中，充电棍2包括金属芯2a和围绕金属芯2a缠绕的泡沫弹性层2b’。泡沫弹性层2b’由其中散布有碳黑的尿烷组成，和第一实施例中的泡沫弹性层2b相同，它的电阻值处于中间范围。然而在这个比较示例中，在泡沫弹性层2b’内的单元是相互连接的(图5)，采用下述方式测量的流过泡沫弹性层2b’的空气数量是150/cm2分钟，所述测量方式是：和泡沫弹性层2b一样，从泡沫弹性层2b’上沿轴向方向切下一25毫米长的片作为测试片17(图2)，测量空气流量，测试片17的一端暴露于周围环境，另一端被连接到腔内，所述腔的内压为100mHG，低于大气压力。除此之外，这个比较示例中的打印机和第一实施例中的打印机完全相同。
(比较示例2)
这个第二比较示例中的打印机和第一实施例中的打印机区别仅在于接触充电元件。更具体地说，在这个比较示例中，充电棍2包括金属芯2a和围绕金属芯2a缠绕的泡沫弹性层2b”。泡沫弹性层2b”由其中散布有碳黑的硅橡胶组成，它的电阻值处于中间范围。在这个比较示例中，在泡沫弹性层2b”内的单元是离散的(图6)，采用下述方式测量的流过泡沫弹性层2b”的空气数量是0/cm2分钟，所述测量方式是：和泡沫弹性层2b一样，从泡沫弹性层2b”上沿轴向方向切下一25毫米长的片作为测试片17(图2)，测量空气流量，测试片17的一端暴露于周围环境，另一端被连接到腔内，所述腔的内压为100mHG，低于大气压力。除此之外，这个比较示例中的打印机和第一实施例中的打印机完全相同。
(评估)
1评估图缘缺陷
对于第一实施例、第一和第二比较示例评估图象缺陷，结果如表1所示。
在普通的A4纸上印刷单元尺寸为1cm×1cm的网格图形2000次和5000次之后，进行所述评估，这样对所述纸张进行定位，因而所述纸张的长边垂直于纸张的传输方向。
为了评估图象缺陷，输出中间色调图象，根据黑点和白点形式的缺陷数量评估图象。为了形成图象，使用具有分辨率为600dpi的激光扫描器的图象形成装置。在这些评估中，中间色调图象意味着一种图象，它的密度受通过在主扫描方向上每三条光栅线印刷一条线而形成的条纹图案的影响。
在这种评估中，使用反向显影系统形成图象。因此，当瞄准感光元件圆周表面的一给定点的曝光光线被阻挡时，这个点在图象中显示是一个白点。因此，根据白点或缺陷点的数量，使用下述标准评估图象。
NG：在中间色调图象中出现的直径不大于0.3毫米的白点的数量少于30个。
G：在中间色调图象中出现的直径不大于0.3毫米的白点的数量为6～9个。
E：在中间色调图象中出现的直径不大于0.3毫米的白点的数量不多于5个。
由于使用反向显影系统，感光元件圆周表面上的任何阻止充电的点在图象中显示成黑点，因此，根据黑点或缺陷点的数量，使用下述标准评估图象。
NG：在中间色调图象中出现的直径不大于0.3毫米的黑点的数量少于30个。
G：在中间色调图象中出现的直径不大于0.3毫米的黑点的数量为6～9个。
E：在中间色调图象中出现的直径不大于0.3毫米的黑点的数量不多于5个。
                                    表1
  打印数量       2000张         5000张
  白点   黑点   白点   黑点
  第一实施例第二实施例第三实施例   EENG   EEE   EENG   EGE
在第一实施例中，即使2000次或5000次印刷网格图形后，在中间色调图象中，用肉眼也没有发现图象缺陷。肉眼没有发现缺陷的原因是：
充电棍2的单元仅和相邻的单元相连的泡沫弹性层2b显示了单元相互连接的泡沫材料的性能，具有优良的微粒保持能力。因此充电棍2能够临时存储转印残存调色剂微粒，并逐渐地将所存储的转印残存调色剂微粒排放到感光鼓1上。因此，感光鼓1上的转印残存调色剂微粒很少阻挡曝光光线。因此，用肉眼在中间色调图象上没有发现白点或图象缺陷。
此外，这种泡沫弹性层2b也显示了单元离散的泡沫材料的性能，也就是单元不相互连接的泡沫弹性材料，即纤维纸尘难以进入泡沫弹性层2b。因此，尽管增加了印刷份数，充电棍2上所积聚的纸尘并没有达到一基本数量，因此在充电棍2上很难出现转印残存调色剂微粒围绕纸尘积聚的现象。因此用肉眼没有在充电棍2上发现纸尘积聚；充电棍2保持良好的条件。因此用肉眼在中间色调图象上没有发现黑点。
在第一比较示例中，印刷2000次后，在中间色调图象中，用肉眼也没有发现图象缺陷。然而印刷5000次后，在中间色调图象中发现黑点或图象缺陷。出现这个问题的原因是，在第一比较示例中，充电棍2的单元相互连接的泡沫弹性层2b’使纸尘容易进入充电棍。因而随着印刷数量的增加，积聚在充电棍2上的纸尘导致感光元件圆周表面上的不同点不能充分地被充电。然而在第一比较示例中，出于下述原因，用肉眼能发现的白点形式的图象缺陷没有出现。在这个比较示例中的充电棍2的泡沫弹性层2b’中，单元相互连接。感光元件上的转印残存调色剂微粒很少阻挡曝光光线。因此，用肉眼在中间色调图象上没有发现白点或图象缺陷。
在第二比较示例中，印刷2000次后，出现白点形式的图象缺陷，印刷5000次后，也出现这种缺陷。在此情况下，充电棍2的泡沫弹性部分2b”内的单元是离散的。因此，充电棍随时将转印残存调色剂微粒排放到感光元件圆周表面上。
因此，在中间色调图象上，出现白点形式的图象缺陷。然而在第二比较示例中，用肉眼能发现的黑点形式的图象缺陷没有出现。这是由于泡沫弹性层2b”中，单元是离散的。光因此充电棍不积聚纸尘。因此，用肉眼在中间色调图象上没有发现黑点形式的图象缺陷。
2评估实地白区域的模糊
对上述第一实施例、第一比较示例和第二比较示例中的打印机评估有关实地白区域的调色剂模糊。评估结果如表2所示。
按照下述方式评估有关实地白区域的调色剂模糊：在普通的A4纸上印刷单元尺寸为1cm×1cm的网格图形2000次和5000次之后，由书写字符组成的印刷比为20％的图象被印刷，这样对所述纸张进行定位，因而所述纸张的长边垂直于纸张的传输方向，然后实地白图象被印刷。然后评估这种实地白图象的调色剂模糊。
按照下述方式评估实地白图象。在印刷纸张通过打印机之前，在纸张上随机选择10个点的反射比。利用反射类型的显像密度计对印刷了实地白图象的纸张上的所述随机选择的10个点的反射比进行测量。根据从前一张印刷纸张上所获得的最小反射比值和从后一张印刷纸张上所获得的最小反射比值之间的差值，进行评估。所测量的没有通过打印机的印刷纸的反射比和所测量的已经印刷了实地白图象的纸张的反射比实际上相同。
因此，根据下述标准评估所获得的反射比差值：
NG：反射比差值不小于2％；
G：反射比差值不小于1但是不大于2％；
E；反射比差值不大于1％。
                                          表2
 打印数量   2000张   5000张
 实施例1比较示例1比较示例2   GGNG   EGNG
在第一实施例中，即使印刷2000和5000份网格图形后，没有在实地白图象上发现调色剂模糊，这是由于下述原因：单元仅和相邻的单元相连的泡沫弹性层2b显示了单元相互连接的泡沫材料的性能，具有优良的微粒保持能力。因此充电棍2能够临时存储转印残存调色剂微粒，并逐渐地将所存储的转印残存调色剂微粒排放到感光鼓1上。因此，感光鼓1上所有转印残存调色剂微粒被显影设备回收。
在第一比较示例中，即使印刷2000和5000份网格图形后，没有在实地图象上发现调色剂模糊，这是由于下述原因：在此情况下，泡沫弹性层2b’的单元相互连接。因此充电棍2具有优良的微粒保持能力。因此充电棍2能够临时存储转印残存调色剂微粒。
在第二比较示例中，印刷2000次后和印刷5000次后，在实地白图象上出现调色剂模糊。在此情况下，泡沫弹性部分2b”内的单元是离散的。因此，充电棍2的微粒保持能力很差，不能临时存储转印残存调色剂微粒。充电棍随时将转印残存调色剂微粒排放到感光元件圆周表面上。因此具有太多的转印残存调色剂微粒需要被显影设备回收。
(杂质)
1)施加到弹性充电元件上的充电偏压可以是这样的充电偏压，即充电偏压包括交流电压成分(AC分量：电压，其值周期变化)。交流电压成分的波峰是随意的；它可以是正弦形、矩形、三角形等。它可以是通过周期开启或关闭直流电压而形成的矩形波。
2)图形形成装置的图象曝光装置，作为一种将图象形成数据写在作为图象承载元件的感光元件充电表面上的装置，可以是一种使用固态发光二极管例如LED的数字式曝光装置，代替第一实施例中的激光扫描装置。也可以是一种利用卤素光、荧光等作为初始光源的模拟图象曝光装置。总的来说，可以使用任何装置，只要它能够形成准确反映图象形成数据的静电潜象就行。
3)图象承载元件可以是一种静电可记录电介质元件。当是一种静电可记录电介质元件时，它的表面被均匀地充电，利用诸如电荷清除针头、电子枪等的电荷清除装置，均匀充电后的表面有选择地放电，写准确反映图象形成数据的静电潜象。
4)选择一种图象形成装置的用调色剂显影静电潜象的方法和装置是随机的；它可以是通常的显影方法或反向显影方法。
通常，用于对静电潜象进行显影的方法被大致划分成四组：单一成分/非接触显影方法组；单一成分/接触显影方法组；两种成分/非接触显影方法组和两种成分/接触显影方法组。在使用单一成分/非接触显影方法组的情况下，当使用非磁性调色剂时，利用刀片等材料，所述调色剂被涂附在诸如显影套筒的显影承载传送元件上。利用磁力将调色剂涂附在显影承载传送元件上。通过将显影承载/传送元件上的显影剂传送到图象承载元件上，同时显影承载/传送元件和图象承载元件之间不接触，将静电潜象显影。在单一成分/接触显影方法组情况下，和单一成分/非接触显影方法组相同，将涂附在显影承载/传送元件上的调色剂传送到图象承载元件上，同时显影承载/传送元件接触图象承载元件，将静电潜象显影。在两种成分/接触显影方法组情况下，调色剂微粒和磁性微粒和混合物被用作显影剂(两种成分显影剂)，利用磁力，将两种成分显影剂涂附在显影承载/传送元件上。通过将涂附在显影承载/传送元件上的两种成分显影剂传送到图象承载元件上，同时显影承载/传送元件接触图象承载元件，将静电潜象显影。最后在两种成分/非接触显影方法组情况下，将上述两种成分显影剂传送到图象承载元件上，同时显影承载/传送元件不接触图象承载元件。这些显影方法中的任何一种都适用于符合本发明的图象形成装置。
如上所述，根据本发明，使用单元仅和相邻单元相连的泡沫弹性物质作为接触充电元件的弹性层部分。因此，接触充电元件不被纸尘玷污，同时能够临时存储转印残存调色剂微粒。不受纸尘影响，接触充电元件能够长期高效地将电荷直接注入图象承载元件。因此接触充电元件能够更均匀地给图象承载元件充电，同时不产生臭氧。与现有技术的接触充电元件相比，所要求的充电电压低。因此，可以长期输出高质量的图象，所谓高质量的图象就是，即中间色调区域不显示图象承载元件被不均匀地充电。此外，由于接触充电元件能够临时地存储转印残存调色剂微粒，可以长期输出高质量的图象，所谓高质量的图象就是，实地白图象区域不出现调色剂模糊。
以上已对本发明作了十分详细的描述，所以阅读和理解了本说明书后，对本领域技术人员来说，本发明的各种改变和修改将变得明显。所以一切如此改动和修正也包括在此发明中，因此它们在权利要求书的保护范围内。

Claims (29)

1、一种用于向要被充电元件进行充电的充电元件包括：
一种设置在所述充电元件表面上的弹性泡沫元件，所述弹性泡沫元件包括多个单元部分，其具有限定该单元部分的壁部分，其特征在于：连接每个单元部分与另一单元部分的间隙的投影面积与单元部分的投影面积的间隙比值不小于5％，不大于50％。
2、一种根据权利要求1所述充电元件，其特征在于：所述弹性泡沫元件具有这样的特性，当所述弹性泡沫元件的一侧被放置在周围环境压力条件下，另一侧被放置在比周围环境压力低13.3kPa的压力下，空气流动速率不小于1cc/cm2min且不大于100cc/cm2min。
3、一种根据权利要求1所述充电元件，其特征在于：所述要被充电的元件被所述弹性泡沫层充电，所述要被充电的元件向该弹性泡沫层施加压力，同时所述弹性泡沫层的表面上携带导电微粒。
4、一种根据权利要求3所述充电元件，其特征在于：所述充电元件的表面以一圆周速度运动，该速度和所述要被充电元件的圆周速度不同。
5、一种根据权利要求3所述充电元件，其特征在于：所述要被充电的元件是一用于携带图象的图象承载元件，所述导电微粒的尺寸不小于10nm同时不大于图象的一个像素。
6、一种根据权利要求3所述充电元件，其特征在于：所述导电微粒的体积电阻率不大于1×1012Ωcm。
7、一种根据权利要求1所述充电元件，其特征在于：所述充电元件具有一用于接收电压的电极元件。
8、一种根据权利要求1所述充电元件，其特征在于：所述充电元件以一辊的形式存在。
9、一种根据权利要求1所述充电元件，其特征在于：所述充电元件向所述要被充电的元件进行注入充电。
10、一种充电装置包括：
一种用于向要被充电元件进行充电的充电元件，其中在所述充电元件表面上设置一弹性泡沫元件，在要被充电元件和所述弹性泡沫元件之间形成间隙，导电微粒被设置在所述间隙部分，其特征在于：
所述弹性泡沫元件包括多个单元部分，其具有确定该单元部分的壁部分，连接每个单元部分与另一单元部分的间隙的投影面积与单元部分的投影面积的间隙比值不小于5％，不大于50％。
11、一种根据权利要求10所述充电装置，其特征在于：所述弹性泡沫元件具有这样的特性，当所述弹性泡沫元件的一侧被放置在环境压力条件下，另一侧被放置在比周围环境压力小13.3kPa的压力下，空气流动速率不小于1cc/cm2min且不大于100cc/cm2min。
12、一种根据权利要求10所述充电装置，其特征在于：所述要被充电元件被所述弹性泡沫层充电，所述要被充电元件向该弹性泡沫层施加压力，同时所述弹性泡沫层的表面上携带导电微粒。
13、一种根据权利要求12所述充电装置，其特征在于：所述充电元件的表面以一圆周速度运动，该速度和所述要被充电元件的圆周速度不同。
14、一种根据权利要求12所述充电装置，其特征在于：所述充电元件和所述要被充电元件在所述间隙部分沿与排出出口相反的方向运动。
15、一种根据权利要求12所述充电装置，其特征在于：所述要被充电元件是一用于携带图象的图象承载元件，所述导电微粒的尺寸不小于10nm同时不大于图象的一个像素。
16、一种根据权利要求12所述充电装置，其特征在于：所述导电微粒的体积电阻率不大于1×1012Ωcm。
17、一种根据权利要求10所述充电装置，其特征在于：所述充电元件具有一用于接收电压的电极元件。
18、一种根据权利要求10所述充电装置，其特征在于：所述充电元件以辊的形式存在。
19、一种根据权利要求10所述充电装置，其特征在于：所述充电元件在间隙部进行注入充电。
20、一种可拆卸地安装在图象形成设备的主体部件上的处理盒，所述处理盒包括：
一图象承载元件；
一用于向所述图象承载元件充电的充电元件，在所述充电元件表面上设置一弹性泡沫元件，在要被充电元件和所述弹性泡沫元件之间形成间隙，导电微粒被设置在所述间隙部分，所述弹性泡沫元件包括多个单元部分，其具有确定该单元部分的壁部分，其特征在于：连接每个单元部分与另一单元部分的间隙的投影面积与单元部分的投影面积的间隙比值不小于5％，不大于50％。
21、一种根据权利要求20所述处理盒，其特征在于：
所述图象承载元件的表面层的体积电阻率是109～1014Ωcm。
22、一种根据权利要求21所述处理盒，其特征在于：所述表面层包括光传输隔离粘结剂、滑润剂和导电微粒。
23、一种根据权利要求20所述处理盒，其特征在于还包括用于对形成在图象承载元件上的静电潜像进行显影的显影装置，所述显影装置将导电微粒提供到所述图象承载元件上，所述导电微粒被所述图象承载元件提供到间隙部分。
24、一种根据权利要求23所述处理盒，其特征在于：所述显影装置能够从所述图象承载元件上收集显影剂。
25、一种图象形成装置包括：
一图象承载元件；
一用于向要被充电元件进行充电的充电元件，在所述充电元件表面上设置一弹性泡沫元件，在要被充电元件和所述弹性泡沫元件之间形成间隙，导电微粒被设置在所述间隙部分；
用于在所述图象承载元件上形成静电潜像的静电潜像形成装置；
所述弹性泡沫元件包括多个单元部分，其具有确定该单元部分的壁部分，其特征在于：连接每个单元部分与另一单元部分的间隙的投影面积与单元部分的投影面积的间隙比值不小于5％，不大于50％。
26、一种根据权利要求25所述图象形成装置，其特征在于：所述图象承载元件的表面层的体积电阻率是109～1014Ωcm。
27、一种根据权利要求25所述图象形成装置，其特征在于：所述表面层包括光传输隔离粘结剂、滑润剂和导电微粒。
28、一种根据权利要求25所述图象形成装置，其特征在于还包括用于对形成在图象承载元件上的静电潜像进行显影的显影装置，所述显影装置将导电微粒提供到所述图象承载元件上，所述导电微粒被所述图象承载元件提供到间隙部分。
29、一种根据权利要求28所述图象形成装置，其特征在于：所述显影装置能够从所述图象承载元件上收集显影剂。
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