CN1378104A - 充电设备和图象形成装置 - Google Patents

Abstract

一种充电设备包括一个用于向能够承载调色剂的图象承载元件充电的充电转动元件,该充电转动元件被设置成与该图象承载元件接触,该充电转动元件的圆周速度不同于该图象承载元件圆周速度,充电转动元件包括一表面层,用于摩擦地将调色剂充电成具有正极性。

Description

充电设备和图象形成装置

发明背景

发明领域

本发明涉及一种向诸如感光元件和绝缘元件的图象承载元件充电的充电设备，本发明还涉及一种使用该充电设备的图象形成装置，诸如激光打印机和复印机。

现有技术介绍

通常，在图象形成装置中，诸如使用电子照相工艺的激光打印机和复印机中，通过一系列图象形成工序形成图象。图象形成工序包括一充电工序、一潜象形成工序、一显影工序、一转印工序、一定影工序和一清洁工序。更具体地说，在充电工序中，诸如感光鼓和绝缘元件的图象承载元件被均匀和一致地充电，在潜象形成工序中，将一静电潜象写入充电后的图象承载元件上。此外，在显影工序中，调色剂被吸引到静电潜象上，从而静电潜象被显影成调色剂图象，在转印工序中，图象承载元件上的调色剂图象被转印到诸如纸张等转印材料上。此外，在定影过程中，转印材料上的调色剂图象被定影，在清洁过程中，当调色剂图象被转印之后，残留在图象承载元件表面上的诸如转印残存调色剂的残存物质被清除。

在上述清洁过程中，被清洁设备所收集的残存调色剂被保存在一次性容器内然后被丢弃。此外近些年来，为了使图象形成装置小型化，提议使用一种无清洁工序，即清洁设备被省略，用于丢弃转印残存调色剂的维护工作被省略。根据一种无清洁工序实施例，显影设备将调色剂吸收到图象承载元件的一部分上，即通过反向显影的曝光，表面电势衰减，同时收集残留在非曝光部分上的残存物质。更具体地说，在转印工序后，残存物质经过充电工序，然后，利用图象承载元件的表面电势和施加到显影辊上的显影偏压之间的差异(下文称作“背反差”(backcontrast))所形成的静电力，所述残存物质被收集到显影设备中。

根据上述类型的充电设备，在转印过程中，在带正极性的图象承载元件上的残存物质和残存在非图象区域上的剩余的调色剂被吸引到被用作充电转动元件的充电辊上；因而，充电辊的充电性能下降。此外，在使用清洁设备的图象形成装置中，通过清洁设备的调色剂被吸引到充电辊上；因而充电辊的充电性能下降，虽然并不象无清洁类型那样显著。

通常，为了防止充电性能的下降，提出各种方案，例如：

提供一种用于临时收集充电辊上游的剩余调色剂等的收集元件。

邻近充电辊设置一种清洁元件；以及

利用机械摩擦，将调色剂收集到图象承载元件上，此时使充电辊具有一定的圆周速度。

然而，在上述各种方案中，即提供一种用于临时收集充电辊上游的剩余调色剂等的收集元件和邻近充电辊设置一种清洁元件，存在下述问题。具体地说，需要另一种元件，因而成本上升。此外，当剩余调色剂积聚在收集元件和清洁元件上时，不能获得明显的效果。

此外，在上述使图象承载元件和充电辊的圆周速度不同的方案中，存在下述问题。也就是，虽然可以利用机械摩擦使调色剂返回，在电场被施加到一个方向的条件下诸如DC充电，根据环境和打印机的使用条件，仅利用机械摩擦不能被收集的调色剂被吸引到充电辊上。当调色剂被吸引到充电辊上时，充电辊局部阻力增大，因此当出现少量污染物时，就会过度放电，此外，当污染超过预定值时，将无法充电。因而图象承载元件上的充电电位落入表1所示的无序状态，因而在上述无序的充电电位情况下，无法获得图象的均匀性。此外在高温和高湿度条件下，很难对调色剂充电。因而增加了清洁辊上的剩余调色剂的数量和图象承载元件上的残余物质数量。从而在后半程打印耐久性中，充电性能下降，可能无法打印图象。

                           表1

充电辊上的污物的量(mg/cm2)	图象承载元件上的充电电位(-V)	图象
			0	700	○
0.05	720	△
			0.2	650	×

○：良好，△：正常，×：差

发明概述

本发明致力于解决上述问题。因此，本发明的目的是提供一种充电设备和图象形成装置，能够避免充电转动元件上出现调色剂玷污。

本发明的另一个目的是提供一种充电设备和图象形成装置，能够获得一稳定的充电电位作为图象承载元件的表面电势。

本发明的另一个目的是提供一种无清洁类型的图象形成装置和一种用于该图象形成装置的充电设备，所谓无清洁类型的图象形成装置是指没有专用的清洁器。

本发明的另一个目的是提供一种充电设备和图象形成装置，利用转动充电元件，摩擦地充电使调色剂具有正极性。

附图简介

通过下文结合附图对本发明进行的详尽地描述，本发明的上述和其它目的和特征将变得更清楚。

图1是一个竖直断面图，显示了根据本发明第一实施例的图象形成装置(激光打印机)；

图2是根据本发明第一实施例的图象形成装置内的一种清洁时序图；

图3是一个图表，显示了根据本发明第一实施例的图象形成装置内的充电辊表面层差异和充电辊上的杂质数量之间的关系；

图4是一个图表，显示了根据本发明第一实施例的图象形成装置内的充电辊表面层差异和充电辊上的杂质数量的充电电位数量之间的关系；

图5是一个图表，显示了根据本发明第一实施例的图象形成装置内的充电辊上的杂质的时序效果；

图6是一个竖直断面图，显示了根据本发明第二实施例的图象形成装置(激光打印机)；

优选实施例介绍

下文将结合附图介绍本发明优选实施例<第一实施例>

图1是一个竖直断面图，显示了一种作为一个根据本发明的图象形成装置示例的使用电子照相工艺的激光打印机的结构。

图1所示的激光打印机包括一个作为要被充电的元件(图象承载元件)的鼓形电子照相感光元件(下文称作“感光鼓”)1。一个作为充电转动元件的充电辊(充电设备)8、一个曝光设备9、一个显影设备6和一个转印辊(转印设备)4基本上沿感光鼓1的转动方向(图1中箭头R1所示方向)按顺序围绕感光鼓1被设置。

按照下述方式构造感光鼓1，即具有导电性的圆柱形鼓基表面由光敏层组成(也就是OPC(有机光导体)、非晶硅等)。此外，感光鼓1被驱动装置(未示)转动地驱动，其表面沿箭头R1所示方向以一预定的表面运动速度(下文称作圆周速度)运动(转动)。

用这样的方式构成充电辊8，即芯金属8a的外围表面被一层弹性元件8b所覆盖。弹性元件8b的表面被布置的与感光鼓1的表面接触，通过充电电源(未示)将直流电压-1,250V施加到芯金属8a上。这样，感光鼓1的表面被充电，从而具有-700V的充电电位(暗的部分电势)。更具体地说，比放电起始电压还高的电压被施加到充电辊8上，所谓放电起始电压是指使充电辊8和感光鼓1之间开始放电的电压，因而充电辊8利用放电对感光鼓1进行充电。

曝光设备9包括图中未示的一个激光振荡器、一个旋转多面镜、一个棱镜等，该曝光设备向感光鼓1的表面发出根据图象信息所生成的激光束，从而激光束激活部分的电势(明亮部分电势)变成-120V。

显影设备6具有被转动驱动的显影辊2、显影片3、用于向显影辊2提供调色剂的调色剂供应辊12和一搅动部件7。具体地说，显影片3调整调色剂的层厚，即显影辊2表面上所承载的显影剂的厚度，搅动部件7围绕轴7a沿箭头所示方向转动，从而在向显影辊2提供调色剂的同时搅动调色剂。在此情况下，磁性或非磁性调色剂可以被用作显影剂，聚合或粉碎可以被用作制备显影剂的方法。在第一实施例中，使用通过摩擦而被充电成负极性的调色剂。在第一实施例中，调色剂的正常极性是负性。调色剂被施加到显影辊2的表面上并由显影片3调整厚度。此外当利用电源(未示)向显影辊2施加-400V显影电压时，调色剂被吸引到感光鼓1的明亮部分上，因而静电潜象被反向显影成作为调色剂图象。

一具有正极性的与感光鼓1上的调色剂极性相反的转印电压被一个电源(未示)施加到转印辊4。因而在预定时刻，调色剂图象被转印到诸如纸张的在转印辊4和感光鼓1之间被传送的转印材料5上。其上具有被转印的调色剂图象的转印材料5被定影设备13加热和加压，此后，当调色剂图象被定影在转印材料的表面上之后，将转印材料排出到装置的外面。

另一方面，当调色剂图象被转印之后，利用下述方式清除感光鼓1表面上的残存转印调色剂，即感光鼓1表面上的残存物质10。

具体地说，在显影过程中，使从显影设备6被吸引到感光鼓1表面上的调色剂带负电。在转印过程中在转印辊4的作用下，当转印材料5背面带正电时，利用它的电场，调色剂被转移到转印材料5上。在此情况下，感光鼓1同样被充电成带正电。因而部分调色剂变成具有正极性。因此并不是所有调色剂都被转移到转印材料上，部分调色剂残留在感光鼓1上。因此，感光鼓1上的残存物质10，即没有被转移到转印材料5上并残留在感光鼓1表面上的物质，被充电而具有正极性和负极性。带负电的残存物质在显影中被收集。更具体地说，即使存在残存调色剂，感光鼓1也被充电辊8充电，且随后利用激光形成静电潜象。通过此种方式，可以将调色剂从被施加显影偏压的显影辊2吸引到静电潜象的明亮部分，同时将调色剂从静电潜象的暗区域收集到显影辊2上。

然而，为了在显影过程中，收集感光鼓1上通过背反差而带正极性的残存物质10，感光鼓上的残存物质10需要被充电成具有负极性。当利用充电辊8使感光鼓1表面带负极性的同时，进行使感光鼓上的残存物质10带负极性的操作。利用上述方式，感光鼓1上的残存物质10被收集到显影设备6。

然而，在此情况下，感光鼓1上的部分残存物质10被充电而具有负极性；相反，在被充电成具有负极性之前，另一部分残存物质被吸引到充电辊8的表面上。因而残存物质10作为充电辊上的玷污物11被残留。在充电时，充电辊上的玷污物11阻碍充电辊8对感光鼓1的充电。

在第一实施例中，用下述方式清除充电辊上的玷污物11。

更具体地说，充电辊8的表面与以预定圆周速度转动的感光鼓1接触。通过此种方式，充电辊8沿向前方向转动，因而充电辊8和感光鼓1的圆周速度不同，或充电辊8沿向后方向转动。此时，向前方向意味着充电辊8的转动方向和感光鼓1的转动方向在充电辊8和感光鼓1的接触位置相同。另一方面，向后方向意味着充电辊8的转动方向和感光鼓1的转动方向在充电辊8和感光鼓1的接触部分上彼此相反。在第一实施例中，充电辊8的圆周速度是感光鼓1的圆周速度的120％。通过此种方式，在感光鼓1的表面和充电辊8的表面之间产生圆周速度差异，此外残存在充电辊8表面上的玷污物11被感光鼓1摩擦，且随后利用摩擦充电被充电成负电。此外，相对于感光鼓1，充电辊8沿向前方向快速转动，因而调色剂轻易地通过充电辊8和感光鼓1的接触位置；因此，被吸引到充电辊8上的调色剂轻易地返回到感光鼓1上。在此情况下，通过充电辊8和感光鼓1之间的电势差(充电辊8：-1,250V，感光鼓1：-700V)，带负极性的调色剂被转移到感光鼓1的表面上。

然而，一些调色剂没有都被充电成具有负极性，因而最好如图2所示的偏压被施加到非图象区域，因而使充电辊上的玷污物11移动，从充电辊8的表面移动到感光鼓1的表面(将充电辊8表面上的玷污物收集到感光鼓1上)，并不是仅沿一个方向的电场移动。

下文将介绍充电辊8的表面层。

在第一实施例中，充电辊8和感光鼓1之间的圆周速度不同，从而向充电辊8表面上的调色剂摩擦充电。因而，根据充电辊8表面层的极性和调色剂的极性，感光鼓1的收集性能变化很大。

图3显示相对于充电辊表面层的差异而出现在充电辊上的杂质数量。

在第一实施例中，使用苯乙烯丙烯(styrene acryl)作为主要成分的负极性调色剂被用作调色剂，因而如图3所示，比调色剂更靠近正极一侧的尼龙基的树脂表面层使调色剂在充电系统中负性更大，从而充电辊上的杂质数量可以被减少。

此外，从如图4所示充电辊上的带电杂质的数量中可以看到，与氟基树脂表面层相比，尼龙基树脂表面层使充电辊上的调色剂具有负极性(调色剂的正常极性)。

根据上述结果，在第一实施例中，尼龙基表面层能够轻易地使充电辊上的玷污物11具有更大的负极性，轻易地将其收集到感光鼓1上；因而使用具有尼龙基表面层的充电辊8。顺便地说，在第一实施例中，使用6-尼龙甲基甲氧基化(Teikoku Kagaku Sangyo Kabushiki Kaisha所生产的“Toresin”)作为尼龙基表面层材料，一种包含聚四氟乙烯的树脂作为氟基树脂表面层材料。

下文将结合图2介绍感光鼓1的非图象区域的清洁时序。

优选地，相对于印刷纸张数量，每印刷预定数量的纸张之后，插入清洁时序(用于使调色剂从充电辊8返回感光鼓1的时序)。在第一实施例中，在图象形成信号刚被输入之后，在图象形成完成信号被输入之后，每印刷5张纸之后，插入清洁时序。在清洁时序中，表面上周期地正负变化的电压被施加到感光鼓1的电势上，从而在充电辊8和感光鼓1之间出现双向电场(交变电场)。通过此种方式，利用圆周速度差异而充电的充电辊上的玷污物11被移动到感光鼓1上。更具体地说，相对于感光鼓1的-700V的表面电势，被施加到充电辊8上的偏压在-1000V和-400V之间转换(也就是被施加的偏压是矩形波)，因而正负极性之间具有300V的电势差。

图5显示了在普通示例和本发明中充电辊上的玷污物数量。

如图5所示，在普通的给予充电辊圆周速度差异的示例中，充电辊上的玷污物没有被收集到感光鼓上而是被吸引在充电辊上。因而，随着印刷图象纸张数量的增加，充电辊上的玷污物的数量也增加，因而图象质量变差，即缺乏充电均匀性，或发生充电失败。

相反，在本发明中，给予充电辊圆周速度差异，利用清洁时序，将玷污物移动到感光鼓上，如图5所示，充电辊上的玷污物几乎不再存在于充电辊上，可以获得最佳的图象。

实际上，在转印工序之后，感光鼓上的残存物质10等同于感光鼓1旋转一周，覆盖感光鼓1表面的，其密度为0.1mg/cm²或更小物质。另一方面，要从充电辊8移动到感光鼓1上的充电辊上的玷污物11的密度是0.07mg/cm²或更小。相反，曝光设备9的激光束需要大小为75～90μm的点直径，以便实现600dpi(点/英寸)分辨率的调色剂图象。根据一个实施例，如果满足下述条件，就不会由于感光鼓上的残存物质10和充电辊上的玷污物11遮挡光线而引起图象紊乱。即感光鼓上的残存物质10的密度之和等于感光鼓1旋转一周的物质，要被移动到感光鼓上的充电辊上的玷污物11的密度是0.2mg/cm²或更小。

曝光之后，感光鼓上的残存物质10和充电辊上的玷污物11都带负极性，并通过300V的背反差(也就是感光鼓1暗的部分的-700V电势和施加到显影辊2上的-400V偏压之间的差异)，静电地从感光鼓1的表面移动到显影辊2的表面。然后，这些残存物10和玷污物11被收集到显影设备6中，显影设备6所收集的感光鼓上的残存物质10和充电辊上的玷污物11被搅动部件7所搅动，然后与其它调色剂混合后被重新使用。

如上所述，在第一实施例中，充电辊上的玷污物11从感光鼓1的表面被移动到充电辊8的表面。此外，使充电辊和感光鼓1的圆周速度不同，从而通过摩擦而形成的摩擦充电，进行充电。通过此种方式，使充电辊上的玷污物11带负极性。此外在非电子图象形成期间，通过清洁工序，充电辊上的玷污物11通过下述电势差被移动到感光鼓1上。也就是，一个电势是-1000V的充电辊偏压和感光鼓1的-700V表面电势之间的差值-300V。另一个电势是-400V的充电辊偏压和感光鼓1的-700V表面电势之间的差值+300V。因而充电辊8表面上的玷污物11被移动，而不用在图象形成装置内设置新的元件或高压电源。因而，能够进行最佳的充电，获得充电电势，作为感光鼓1表面的表面电势，它是稳定的。

根据该实验，本发明人发现下述事实，即，使充电辊的圆周速度和感光鼓的圆周速度之间的差值为1％或更大，就能获得本发明的效果。因此，使充电辊的圆周速度和感光鼓的圆周速度之间的差值为1％或更大。

此外，在第一实施例中，将清洁时序插入一区域，也就是每印刷预定数量的纸张后感光鼓1的一个纸间间隔区。在此情况下，可以将清洁时序插在打印每张纸，即纸间间隔。此外，在清洁时序期间，变换三次正负极性。在此情况下，根据清洁程度，可以做一次、两次或三次或更多的变换。

此外，在清洁时序期间，偏压的峰到峰值可以随着需求被设置的更大或更小。然而在此情况下，当偏压和感光鼓之间的电位差变成放电初始电压或更大，利用放电引起杂质的极性的变化。因而出现清洁效果下降的趋向，期望在清洁时序期间，充电辊和感光鼓之间的电位差等于或小于放电初始电压。在第一实施例中，本发明已经被应用于无清洁类型图象形成装置，显示了本发明的显著效果。在此情况下，即使将本发明应用于包括诸如清洁片或类似物品的清洁设备的图象形成装置中，也能获得上述效果。

<第二实施例>

下文将介绍本发明第二实施例。

根据本发明第二实施例的图象形成装置(激光打印机)的结构和清洁时序与上述第一实施例的相同；因而省略了详尽的描述，下文仅介绍第二实施例的组成特征。

如图6所示，根据本发明第二实施例的图象形成装置设置有能够可拆卸地安装在装置主体上的处理盒20。处理盒20被构造成一个单元，其整体包括感光鼓21、充电辊23、显影辊22和调色剂容器24。

当操纵图象形成装置时，通过设置在处理盒20内的齿轮组(未示)，使感光鼓21表面和充电辊23表面之间的圆周速度不同，因而充电辊23上的玷污物11被摩擦。通过此种方式，利用摩擦充电，使充电辊23上的玷污物11带负极性。因而在第二实施例中，使用与第一实施例相同的元件。

因此，在第二实施例中，也可以获得与第一实施例相同的效果。

在第二实施例中，本发明适用于无清洁类型图象形成装置，这种装置能够显著地显示本发明的效果。在此情况下，当本发明应用在包括诸如清洁片或类似物品的清洁设备的图象形成装置上时，可以获得与上述相同的效果。

从上述中可以明显地获知，根据本发明第二实施例，充电转动元件以一定的表面速度被转动地驱动，该速度与图象承载元件的表面速度不同。此外，一预定偏压和在一预定周期内的偏压变化在不同时刻被施加到充电转动元件上，因而被吸引到充电转动元件上的调色剂摩擦带电。此外，在非图象形成时间，在一预定周期内的偏压变化被施加到充电转动元件上，因而充电转动元件上的摩擦带电的调色剂被静电地移动到图象承载元件上。因而能够阻止由于充电转动元件上的调色剂而引起的玷污，并获得一稳定的充电电位作为图象形成元件的表面电势。

在此情况下，也可以用感光带代替感光鼓作为图象承载元件，此外也可以使用绝缘元件。

也可以用转动的充电带代替充电辊作为充电转动元件。

此外，根据上述实施例，充电转动元件和图象承载元件彼此直接接触，不用在充电转动元件和图象承载元件之间施加导电粒子就能执行充电。因此简化了结构。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明技术构思的范围内，可以进行各种改进。

Claims (27)

1、一种充电设备，包括：

一个充电转动元件，该充电转动元件与该图象承载元件相接触地得到设置，该充电转动元件的圆周速度不同于该图象承载元件的圆周速度，

其中该充电转动元件包括一表面层，该表面层用于通过摩擦将调色剂充电至一个正常的充电极性。

2、一种根据权利要求1所述充电设备，其中在充电转动元件和图象承载元件相接触的位置，充电转动元件的转动方向和图象承载元件的转动方向相同。

3、一种根据权利要求2所述充电设备，其中充电转动元件的圆周速度比图象承载元件的圆周速度大。

4、一种根据权利要求1所述充电设备，其中在充电转动元件和图象承载元件相接触的位置，充电转动元件向图象承载元件充电，而不使用导电粒子。

5、一种根据权利要求1所述充电设备，其中充电转动元件利用放电向图象承载元件充电。

6、一种根据权利要求1所述充电设备，其中在充电转动元件和图象承载元件之间形成有一电场，在该电场中通过摩擦而被充电至该正常极性的调色剂被从充电转动元件转移到图象承载体上。

7、一种根据权利要求6所述充电设备，其中当该电场被形成时在预定周期内变化的电压被施加到充电转动元件上。

8、一种根据权利要求7所述充电设备，其中该电压具有矩形波形。

9、一种根据权利要求6～8之一所述充电设备，其中相对于一区域形成该电场，该区域是图象承载元件的非图象形成区域。

10、一种根据权利要求1所述充电设备，其中充电转动元件是一个辊。

11、一种根据权利要求1所述充电设备，其中充电转动元件和图象承载元件被设置在可拆卸地安装在图象形成装置主体上的一个处理盒内。

12、一种根据权利要求11所述充电设备，其中该处理盒包括利用调色剂使形成在图象承载元件上的静电潜象显影的显影装置。

13、一种根据权利要求12所述充电设备，其中该显影装置在执行显影操作的同时执行从图象承载元件上收集调色剂的收集操作。

14、一种图象形成装置包括：

一可以承载调色剂的图象承载元件；

一个与图象承载元件相接触地设置的充电转动元件，用于向图象承载元件充电，充电转动元件的圆周速度与图象承载元件的圆周速度不同，

其中充电转动元件包括一表面层，该表面层用通过摩擦将调色剂充电至一个正常的极性。

15、一种根据权利要求14所述图象形成装置，其中在充电转动元件和图象承载元件相接触的位置，充电转动元件的转动方向和图象承载元件的转动方向相同。

16、一种根据权利要求15所述图象形成装置，其中充电转动元件的圆周速度比图象承载元件的圆周速度大。

17、一种根据权利要求14所述图象形成装置，其中在充电转动元件和图象承载元件相接触的位置，充电转动元件在不使用导电粒子的情况下向图象承载元件充电。

18、一种根据权利要求14所述图象形成装置，其中充电转动元件利用放电向图象承载元件充电。

19、一种根据权利要求14所述图象形成装置，其中在充电转动元件和图象承载元件之间形成有一个电场，通过摩擦而被充电成至该正常极性的调色剂被从充电转动元件转移到图象承载体上。

20、一种根据权利要求19所述图象形成装置，其中当形成该电场时，在预定周期内变化的电压被施加到充电转动元件上。

21、一种根据权利要求20所述图象形成装置，其中该电压具有矩形波形。

22、一种根据权利要求19～21所述图象形成装置，其中该电场是相对于一区域而形成的，该区域是图象承载元件的非图象形成区域。

23、一种根据权利要求14所述图象形成装置，其中充电转动元件是一个辊。

24、一种根据权利要求14所述图象形成装置，其中充电转动元件和图象承载元件被设置在可拆卸地安装在图象形成装置主体上的处理盒内。

25、一种根据权利要求24所述图象形成装置，其中包括利用调色剂使形成在图象承载元件上的静电潜象显影的显影装置。

26、一种根据权利要求25所述图象形成装置，其中显影装置在执行显影操作的同时，执行从图象承载元件上收集调色剂的收集操作。

27、一种根据权利要求25所述图象形成装置，其中显影装置利用调色剂对静电图象进行显影，该调色剂的极性与充电转动元件的充电极性相同。

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