CN1624597B

CN1624597B - 用于成像装置的充电单元

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Publication number: CN1624597B
Application number: CN200410096910.0A
Authority: CN
Inventors: 井上亮
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-12-04
Filing date: 2004-12-06
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2024-12-06
Also published as: CN1624597A; US20050135839A1; JP4366181B2; US7289753B2; JP2005165113A

Abstract

一种充电设备，包括：支撑图像的图像承载部件；第一充电装置，包括用于产生磁性的磁部件，具有用于利用磁力保持磁性粒子的保持部件，并且通过使磁性粒子与图像承载部件接触对图像承载部件进行充电，第一充电装置的磁部件的磁极面向图像承载部件，并且磁部件的峰值磁力位置相对于图像承载部件最接近保持部件的位置，位于图像承载部件旋转方向的下游；以及第二充电装置，包括用于产生磁性的磁部件，具有用于利用磁力保持磁性粒子的保持部件，位于图像承载部件旋转方向的末端，但在图像承载部件上形成图像的位置的前面，并且通过使磁性粒子与图像承载部件接触，在第一充电装置充电后对图像承载部件进行充电，第二充电装置的磁部件的磁极面向图像承载部件，并且磁部件的峰值磁力位置相对于图像承载部件最接近保持装置的位置，位于图像承载部件旋转方向的上游。该充电设备能够防止上游充电设备的磁性粒子在感光部件上的沉积。

Description

用于成像装置的充电单元

技术领域

本发明涉及具有充电装置的成像装置，其中充电装置通过使用适合于电子照相复印机、特别是电子照相打印机的导电磁性粒子，对图像承载部件进行均匀充电。

背景技术

(1)充电装置

为了获得载体表面上的指定极性的指定电位，对诸如电子照相感光部件、静电记录电介质之类的图像承载部件进行均匀充电处理(包括消除处理)的充电装置分成两大类：非接触类型和接触类型。

a)非接触充电装置

电晕充电设备(或放电设备)是以非接触方式面向图像承载部件(以下称为感光部件)的非接触充电装置，以把感光部件表面暴露给施加高压时释放的大量电晕，由此利用放电生成的产物以指定极性的指定电位对该表面进行充电。

b)接触充电装置

接触充电装置把导电充电部件、如辊(充电辊)、毛刷、磁性刷、刮板等带到感光部件，把指定充电偏压应用于感光部件的表面，以便以指定极性的指定电位对该表面进行充电。与电晕充电设备相比，其优点是产生的臭氧量少，功率要求低。

利用仅仅施加直流(DC)偏压的DC偏压方法，或者利用施加与交流(AC)偏压叠加的DC偏压的AC偏压方法，把充电偏压应用于接触充电装置。

用于接触充电装置的充电机制(充电机制或原理)是电晕充电和接触注入充电系统的混合，其特征主要由占支配地位的充电系统决定。

电晕充电系统在接触充电装置和感光部件之间的精细缝隙中产生放电现象，如电晕放电，以便利用放电生成的产物对感光部件的表面进行充电。电晕充电系统生成微量臭氧，尽管远远低于电晕充电设备生成的臭氧。

接触注入充电系统直接把来自接触充电部件的电荷注入到感光部件中，以便对感光部件的表面进行充电。该过程有时称为直接充电或注入充电。日本专利申请公开6-3921提出用于接触注入充电的方法，该方法利用接触充电部件、如充电辊，充电刷或充电磁性刷把电荷注入到电荷保持部件上，电荷保持部件如感光部件表面上的捕获电平或电荷注入层中的导电粒子。

例如，利用分散有精细导电粒子的电荷注入层涂覆能够利用接触注入进行充电的有机感光部件，作为电荷保持部件。另一方面，从非晶硅开始的无机感光部件不再需要电荷注入层，因为其表面上的晶体缺陷产生大量捕获电平，可以保持注入的电荷以便进行电荷注入。

接触注入充电不是基于放电现象的，只需感光部件表面电位作为充电电压。因此，是一种是减少臭氧的低功率充电方法。另外，理论上它能将充电部件的表面电位提高到应用到该部件上的电压，并使该部件抵抗诸如湿度之类的环境条件变化。

另一方面，接触注入充电仅仅通过与充电部件接触的表面区域，把电荷注入到感光部件中，这意味着其充电容量是由充电部件和感光部件之间的接触的比率确定的。当由于接触比率不足而剩下大量未充电区域时，在感光部件上的表面电位到达应用于充电设备上的电压前，充电可能终止。

在需要充电的整个区域上均匀获得高接触比率的有效充电方法包括，使得磁性限制的导电磁性粒子组成的磁性刷与感光部件接触，以及使得其上喷涂有精细导电粒子的导电海绵组成的弹性辊等等经由精细粒子与感光部件接触。

前一种方法通常使得磁性粒子与感光部件接触，其中把充电偏压应用于位于感光部件附近包含多极磁体辊的导电旋转套筒上，以便利用其磁力保持磁性粒子，利用作为磁性粒子限制部件的刮板，控制粒子的数量并使其均匀。

后一种方法使得带有细孔的导电海绵辊上喷涂的精细导电磁性粒子与感光部件接触，其中把充电偏压应用于该辊。精细粒子扩展该辊和感光部件之间的电接触区域，同时，降低它们之间的摩擦，进一步增加它们之间的接触概率，驱动海绵辊以便基于它们之间的圆周速度的差值进行旋转。

c)多磁性刷充电装置

接触注入充电中的电荷注入基于电容器中的充电现象，其中感光部件的导电板和充电部件的接触区域作为电极。因此，理论上需要某个程度的充电时间才能获得所需的电位。当接触区域固定时，通过提高处理速度降低电荷通过接触区域的时间，导致更短的充电时间，从而不能获得所需的电位。诸如非晶硅之类的无机感光部件比有机感光部件具有更高的介电常数，需要更多电荷，因此需要更长的充电时间。当清洁设备不能去除色粉或色粉的添加剂，并且沉积在导电磁性粒子上以增加其电阻时，也需要更长的充电时间。

为了解决上述问题，日本专利申请公开8-44153提出具有多个磁性刷充电装置的成像装置。该装置利用位于感光部件之旋转方向之上游的上游充电装置以及下游充电装置对感光部件进行充电，以便在感光部件上获得所需电位，原因在于仅有上游装置不足以获取该电位。换句话说，对感光部件充电两次或更多次，以控制与充电有关的问题，如甚至采用高处理速度时，由于延长充电时间引起的充电部件的非均匀接触或电阻。另外，由于能够控制电位波动，所以即使因污染或环境条件变化引起充电部件的电阻增加，也能够对于各个充电设备以降低的充电负载在感光部件上获得所需电位。因此，另一个优点是轻而易举地延长装置的使用寿命。

然而，带有多个磁性刷充电装置的结构有以下问题。

当上游的磁性刷充电装置通过感光部件上方时，相对于该装置施加的电压，感光部件没有足够的电位，结果是充电装置和感光部件之间的反差扩大。从而增加感光部件的充电装置生成的电场的强度，进而加快磁性粒子在感光部件上的沉积。当下游的磁性刷充电装置对感光部件进行充电时，上游的磁性刷充电装置留在感光部件上的磁性粒子造成其上沉积有粒子的表面部分和无粒子表面部分之间的不均匀电位。因此，需要尽量控制感光部件上的下游磁性刷充电装置的磁性粒子的沉积，故充电装置应具有足够磁力以保持粒子。

另一方面，下游磁性刷充电装置有其特有问题。当下游装置通过感光部件时，由于感光部件的电位增加，所以感光部件和下游装置之间的电位反差缩小。从而防止感光部件上的磁性粒子的沉积。然而，如果磁性刷在感光部件和下游装置之间的缝隙中不均匀，则电阻在感光部件表面上的分布不均匀，因此在该装置离开后，感光部件表面上的电位分布不均匀。所以需要减少下游装置和感光部件之间的缝隙中的不均匀磁性刷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种充电装置，该装置能够防止上游充电装置的磁性粒子在感光部件上的沉积，并且防止充电装置离开后感光部件上的不均匀电位分布。

本发明的目的在于提供一种充电设备，该设备包括：图像承载部件，其具有承载图像和移动的表面；第一充电部件，其通过磁性粒子与图像承载部件的表面接触，来经由磁性粒子对图像承载部件充电；第一充电部件具有保持磁性粒子的第一保持部件和第一磁性部件，第一磁性部件保持在所述第一保持部件中并且生成保持磁性粒子的磁力；第二充电部件，其沿图像承载部件的表面移动的方向提供在第一充电部件的下游侧，并且通过磁性粒子与图像承载部件的表面接触，来经由磁性粒子对图像承载部件充电；第二充电部件具有保持磁性粒子的第二保持部件和第二磁性部件，第二磁性部件保持在第二保持部件中并且生成保持磁性粒子的磁力。

其中当第一磁性部件位于到图像承载部件的最接近部分时，相对于图像承载部件的表面移动的移动方向，磁极的峰值磁力位置位于第一磁性部件的最接近部分的下游侧。

其中当第二磁性部件位于到图像承载部件的最接近部分时，相对于图像承载部件的表面移动的移动方向，磁极的峰值磁力位置位于第二磁性部件的最接近部分的上游侧。

利用详细说明书的描述阐明本发明的其他目的。

附图说明

图1用示意图概述例1的成像装置的结构；

图2用示意图表示分层感光鼓结构；

图3表示充电装置(具有多个磁性刷充电装置的磁性刷充电单元)的放大模型；

图4表示比较示例的磁性刷充电单元的模型；以及

图5用示意图表示例2的分层感光鼓结构。

具体实施方式

例1

图1用示意图概述例1的成像装置的结构。

(1)成像装置的整体结构

本发明的成像装置是具有进行转印电子照相处理的多个磁性刷充电装置的激光束印刷机。

在图1中，驱动作为图像承载部件的旋转鼓型电子照相感光部件1(以下称为感光鼓1)，以便以指定圆周速度沿箭头方向顺时针旋转。例1中的感光鼓1是用非晶硅(a-Si)制造的。

多磁性刷充电单元2作为具有多个磁性刷充电装置的充电设备。它以指定极性的指定电位(在例1中为-700V)对旋转感光鼓1的表面均匀充电。例1的磁性刷充电单元具有多个磁性刷充电装置。然而，可以结合为一个磁性刷充电装置。

在例1中，图像曝光装置7为具有激光器二极管、多角镜等的激光束扫描仪。它发射波长为680nm的激光束L，根据目标图像信息的时间顺序的电子数字图像信号调制其强度，以扫描感光鼓1的表面，该感光鼓1被具有多个磁性刷充电装置的多重磁性刷充电单元2均匀和准确地充电。在感光鼓1的表面上被激光束L照射的区域中的电位下降，从而形成与目标图像信息相对应的静电潜像(静电图像)。

在显影阶段中，显影装置3对感光鼓1的表面上形成的静电潜像显影为色粉图像。在例1中，它是与双成分显影剂一起工作的反向显影设备。把负电荷色粉沉积到静电图像中的曝光区域上，即感光鼓1的表面上的激光束L照射的区域上，以便对潜像进行反向显影。

输送辊4作为输送装置。它由涂有中间电阻的弹性层的芯金属所构成，由此组成辊型整体结构。以指定压力推压到感光鼓1的表面上，从而形成输送夹持部分。输送辊4以几乎相同的圆周速度沿着与感光鼓1相同的方向旋转。按照可控时间间隔，从电源S3向输送辊4的芯金属施加指定的输送偏压，其中偏压的极性(例1中为阳极)与色粉的极性相反。

供纸机构(未示出)按可控时间间隔向输送输送夹持部分提供作为记录介质的输送介质P，该输送夹持部分把该输送介质P夹持在感光鼓1和输送辊4之间时，进行输送。当输送介质P通过输送输送夹持部分以便用静电方式把色粉图像从感光鼓1的表面转印到输送介质P时，按可控时间间隔从电源S3向输送辊4的芯金属施加指定的输送偏压，其中偏压的极性(在例1中为阳极)与色粉的极性相反。

离开输送夹持部分的输送介质P与感光鼓1的表面分开，将其发送到定影设备6，在热力和压力的作用下把尚未定影的色粉图像定影到输送介质P上，然后作为图像承载介质(打印介质或拷贝)输出。

消除装置8由LED组成，在输送介质与该表面分开后，LED发射中心波长为660nm(例1)的光波，照射感光鼓1的表面以便对全部表面曝光，通过消除光照(整幅图像曝光)抹除该表面上的电记忆。

位于消除装置8的下游的清洁器5通过消除沉积来清洁感光鼓1的表面，沉积为输送介质遗留在该表面上的残留色粉，碎纸片等。利用多个磁性刷充电单元2再次对清洁器5清洁过的感光鼓1进行充电，并为其配备多个磁性刷充电装置，以便重复成像。

清洁器5具有作为清洁装置的清洁刮板33。它是由硅改性聚氨酯橡胶制造的，并利用金属板支撑。利用螺旋推进器34，把清洁刮板33从感光鼓1的表面上刮落下来的色粉传送到废粉容器(未示出)中。

电位传感器24能够测量受到激光束照射的感光鼓1的表面上的电位。传感器与控制电路部分(中央处理器(CPU))100相连，后者根据测量的感光鼓1的表面上的电位，控制充电和曝光步骤。

(2)感光鼓1

在例1中，作为图像承载部件的感光鼓1是用非晶硅(a-Si)制造的，驱动感光鼓以便以200mm/秒的指定圆周速度沿箭头方向顺时针旋转。图2用示意图表示a-Si感光鼓1的分层结构。它是由铝柱(直径60mm)组成的，铝柱为导电载体1a，其涂层依次为电荷注入防止层1b、光电导层1c和表面层1d。电荷注入防止层1b的作用是阻止电荷从导电载体1a进入光电导层1c。光电导层1c是用主要由硅组成的非晶体材料制造的，以展示光电导性。表面层1d包含硅和碳，目的是保持在该层上形成的静电潜像，同时提高薄膜的耐用性。

诸如a-Si之类的无机感光鼓不需要电荷注入层进行电荷注入，因为该表面上的晶体缺陷产生大量捕获电平，后者可以保持注入的电荷以便进行电荷注入。

上述a-Si感光鼓1涉及因其特征引起的问题，当同时对光照区和暗区充电时，光照区上的电位比暗区上的电位的衰减更大(暗区衰减现象)，从而引起光记忆(残留图像现象)。

换句话说，a-Si感光鼓包含大量悬空键作为局部电平，后者部分捕获光载流子(photocarrier)，以降低发光载流子的迁移率或复合概率。因此，在成像过程中，如果把a-Si感光鼓1放到电场中，则在随后的充电步骤中，立刻从局部电平中释放曝光步骤中生成的部分光载流子，以生成曝光和非曝光部分之间的表面电位差，最终造成光记忆引起的不均匀图像。

因此，一个通用过程是利用消除装置8在消除步骤中执行均匀曝光，以便在a-Si感光鼓中过度保持潜伏的光载流子，并把它们均匀分布到整个表面上，以消除光记忆。通过增加消除光源发射的光通量，或者通过使消除光波接近a-Si感光鼓的光谱灵敏度峰值(约为600到700nm)，可以有效消除光记忆。例1中的消除装置8配备有LED，后者发射中心波长为660nm的光波。

另一方面，当利用消除光照射时，感光鼓1上的电位在整个表面上衰减，结果是感光鼓1上的电位与电位传感器24在显影设备3对色粉显影的位置测量的电位不同。在规定把电压应用于显影设备的条件时，应考虑上述电位衰减。

(3)显影设备3

例1中的显影设备3配备有旋转套筒15，后者包含固定磁铁辊14，磁铁辊14利用刮板18发送显影容器17中保存的显影剂19，显影剂19以薄膜方式流入到套筒15上。利用电机(未示出)驱动套筒15，以便以300mm/秒的圆周速度沿箭头方向旋转。

显影剂19为双成分类型，由大小为8μm的可以充负电荷的色粉和大小为50μm的可以充正电荷的磁性载体以5％(按重量计算)的色剂浓度混合而成。利用供给辊23提供色粉漏斗中保存的色粉t，利用光学色剂浓度传感器(未示出)控制其浓度。利用该容器中的搅拌部件21和22均匀搅拌显影剂19。

从电源S2向套筒15施加显影偏压，显影偏压是2kVpp和2kHz的AC场和-500V的Vde的DC电压的叠加。在以薄膜方式进入AC+DC场后，发送到显影部分的显影剂有助于感光鼓1上的潜像的显影。

(4)多磁性刷充电单元2

图3是一个部分放大的视图，该图示意表示多磁性刷充电单元2。例1的单元2有两个彼此相邻的磁性刷充电设备C1和C2，作为单元外壳37内包含的磁性刷充电装置，后者充当输送导电磁性粒子M的第一设备，前者充当第二设备，用于输送位于感光鼓的旋转方向上的设备C2的下游的粒子M。刮板32是导电磁性粒子控制刮板，用于控制在设备C1上迁移的粒子M的数量，将其固定在单元外壳37中感光鼓的旋转方向上的设备C1的下游，其边缘32a隔着指定缝隙面向设备C1的旋转套筒31(下文中说明)；用于保持粒子M的空间38位于单元外壳37中感光鼓的旋转方向上的设备C1的下游，但是在刮板32的上方；位于空间38内的搅拌螺旋推进器36搅拌粒子M，从空间38中把粒子M输送到设备C1和C2的旋转套筒31和41(下文中说明)的外围，它们被支持作为磁性刷。

设备C1和C2有各自的套筒31和41(直径均为20mm)，作为可旋转的导电部件，包含固定磁铁辊30和40作为套筒31和41内的磁场生成装置，套筒31或41与感光鼓1的距离是0.5mm，套筒31和41之间的距离也是0.5mm。驱动套筒31和41以便沿箭头方向以200mm/秒的圆周速度顺时针旋转。同时驱动螺旋推进器36旋转，以便沿套筒31的母线方向搅拌空间38中保持的粒子M。在交替位置配备有椭圆形刮板的螺旋推进器36可以均匀搅拌空间38中的粒子。

利用磁铁辊30把空间38中的部分粒子M用磁力限制到设备C1中的套筒31的外表面上，以充当磁性刷，通过旋转套筒31进行输送以穿过套筒31和刮板32之间的缝隙，把磁性刷层的厚度控制在指定程度，然后携带通过套筒31和感光鼓1之间的缝隙，以便在滑动到鼓1的表面上时与区域35中的鼓1的表面接触。在滑动到鼓的表面上时，磁性刷与鼓1的表面接触的区域35是设备C1对鼓1的表面进行充电的区域。

在通过套筒31和感光鼓1之间的缝隙后，把粒子M的磁性刷输送到与设备C1和C2的套筒31和41最接近的区域，然后朝向设备C2的套筒41一侧。在上述区域上，借助磁场的作用，用磁力把粒子M的磁性刷从设备C1的套筒31一侧输送到设备C2的套筒41一侧，其中磁场是设备C1和C2中的相反磁极S4/S3和N1/N2以彼此面向的方式生成的。

在输送到设备C2的套筒41一侧后，利用磁铁辊40把粒子M的磁性刷用磁力限制到套筒41的外表面上，到达套筒41和感光鼓1之间缝隙，以充当磁性刷，通过旋转套筒41进行输送通过套筒41和感光鼓1之间的缝隙，从而在滑动到鼓1的表面上时，在区域45中与鼓1的表面接触。在滑动到鼓1的表面上时，磁性刷与鼓1的表面接触的区域45是设备C2对鼓1的表面进行充电的区域。

在通过套筒41和感光鼓1之间的缝隙后，通过旋转套筒41把粒子M的磁性刷送回到与设备C1和C2的套筒31和41最接近的区域，在该区域中，借助磁场的作用，用磁力把粒子M的磁性刷从设备C2的套筒41一侧再次输送到设备C1的套筒31一侧，其中磁场是由相反磁极S4/S3和N1/N2生成的。

在送回到设备C1的套筒31一侧后，利用磁铁辊30把粒子M的磁性刷用磁力限制到套筒31的外表面上，以充当磁性刷，并通过旋转套筒31送回到容纳粒子M的空间38中。

如上所述，在设备C1的套筒31保持粒子时，把粒子M从空间38中输送到设备C2的套筒41，然后回送到设备C1的套筒31，再回收到空间38中。

从电源S1向设备C1和C2的套筒31和41施加充电偏压，充电偏压是200Vpp和1kHz的AC场和-700V的Vde的DC电压的叠加。把电源S1连接到控制电路部分(中央处理器(CPU))100，后者可以接通或断开电压，并控制DC电压电平。

当从电源S1向套筒31和41施加上述偏压时，通过旋转各磁性刷充电设备C1和C2的套筒31和41，在旋转感光鼓1上执行接触注入充电，其中充电时首先利用充电区域45中位于感光鼓旋转方向上游的设备C2，然后利用充电区域35中的下游套筒C1，最终在鼓1的表面上均匀获得指定的-700V的充电电位。

根据电位传感器24测量的感光鼓1的表面电位，对于改变的环境条件和瞬时变化，把电位控制在最佳值，同时控制曝光程度等等。

当充电套筒31和41以非常低的圆周速度旋转时，感光鼓的表面和导电磁性粒子彼此接触的接触概率不足，引起由非均匀充电之类的故障产生的缺陷图像。另一方面，当它们以非常高的圆周速度旋转时，磁性粒子可能过分分散。在例1中，为了获得令人满意的充电，充电套筒的首选圆周速度在50到250mm/秒的范围内，其变化依赖于套筒的外径和套筒与感光鼓之间的距离。

以下粒子适合作为本发明的导电磁性粒子。

·树脂和磁材料的粒子，如揉捏成粒子的磁铁矿，在此类粒子中混合诸如碳之类的导电材料，以调整其电阻

·经过烧结的磁铁矿或铁酸盐的粒子，对此类粒子进行还原或氧化处理，以调整其电阻

·涂有调整电阻的涂覆材料(如分散有碳的酚醛树脂)或镀有Ni之类的金属的导电磁性粒子，以调整其电阻

当此类粒子具有非常高的电阻时，电荷不能均匀注入到感光鼓1中，引起由不能令人满意地充电而产生的模糊图像。另一方面，当它们具有非常低的电阻时，会出现针孔泄露，引起因流过针孔的电流而产生的电源过载和电压降落，从而不能在充电输送夹持中对感光鼓表面令人满意地充电。因此，此类粒子的电阻最好是1×10⁴到1×10⁷Ω。关于其磁特性，饱和磁化最好是50A·m²/kg或更多，以保持高的磁限制力，从而防止感光鼓上的磁性粒子的沉积。磁性粒子的电阻值是这样测定的：在能够施加电压的金属盒(底面积227mm²)中装入2g的磁性粒子后，加压6.6kg/cm²并施加500V电压。

例1中实际使用的磁性粒子的平均容积颗粒直径是30μm，视密度是2g/cm³，电阻是1×10⁶Ω，饱和磁化是58A·m²/kg。

导电磁性粒子的直径影响充电容量和充电均匀性。当直径非常大时，粒子与感光鼓的接触比率下降，引起不均匀的充电。另一方面，当直径非常小时，尽管充电容量和充电均匀性得以改善，但是作用于每个粒子上的磁力下降，从而加快了粒子在感光鼓上的沉积。因此，直径是5到100μm的导电磁性粒子适用于本发明。

在作为套筒31中的磁场生成装置的磁铁辊30中，其中套筒31作为磁性刷充电设备C1的旋转导电部件，面向作为图像承载部件的感光鼓1的磁极N1，在峰值位置N1P处，与连接套筒31的旋转中心O31和感光鼓1的旋转中心O1的直线311的夹角为θ1。类似地，在作为套筒41中的磁场生成装置的磁铁辊40中，其中套筒41作为磁性刷充电设备C2的旋转导电部件，面向感光鼓1的磁极S1，在其峰值位置S1P处，与连接套筒41的旋转中心O40和感光鼓1的旋转中心O1的直线411的夹角为θ2。在具有多磁性刷充电装置的例1中的磁性刷充电单元2中，把夹角θ1和θ2设置为+5°和-30°，其中符号“+”意味着相对于套筒31或41的旋转方向的正向夹角，而符号“-”意味着相反方向的夹角。当每个套筒与感光鼓1最接近时，连接旋转中心的直线与每个套筒的靠近点相交。

接下来，讨论夹角θ1和θ2对导电粒子的沉积和输出图像粗糙度的影响。

1)在比较示例的情况下

首先，考虑用仅具有一个磁性刷充电设备C1的磁性刷充电单元2′(见图4)而不是用例1的多磁性刷充电单元2对感光鼓1进行充电。

除了去除磁性刷充电设备2而只保留设备C1、以及去除作为磁铁辊30中的一个磁极的S4之外，磁性刷充电单元2′与多磁性刷充电单元2具有共同的结构。

具有上述结构的磁性刷充电单元2′是由日本专利申请公开2001-290343提出的，其中面向感光鼓的磁极的峰值磁力位于鼓旋转方向的下游，以便通过磁力限制磁性刷，并且由此防止由磁性刷充电设备和感光鼓之间生成的磁场而引起的磁性粒子的沉积。然而，在该方案中，磁性刷明显位于鼓旋转方向上的充电区域的下游，以引起导电磁性粒子与感光鼓的不均匀接触。

在最后充电阶段中磁性粒子与感光鼓的不均匀接触可能引起电位的细微不均匀性，其程度依赖于接触状态，从而导致浓度细微不均匀的粗糙图像。

表1表示夹角θ1′对导电粒子的沉积和输出图像粗糙度的影响，其中θ1′表示面向感光鼓1的磁极N1与连接套筒31的旋转中心O31和感光鼓1的旋转中心O1的直线311的夹角，磁极N1位于作为套筒31中的磁场生成装置的磁铁辊30内。在复印100,000份之后评估导电磁性粒子的沉积。结果如表1所示。在表1中，在利用光学显微镜观察感光鼓的表面后，根据以下标准评估“导电磁性粒子的沉积”：

○：粒子的出现概率：小于1/cm²

×：粒子的出现概率：1/cm²或更多

在视觉观察到在整个表面上打印有反射浓度为0.3A的半色调图像的A4纸后，根据以下标准评估“输出图像粗糙度”：

○：未观察到粗糙度

＜：轻微观察到粗糙度

×：清楚观察到粗糙度

表1

θ1′	导电磁性粒子的沉积	输出图像粗糙度
θ1′	导电磁性粒子的沉积	输出图像粗糙度	+15°	×	○
+10°	×	○	+15°	×	○
+10°	×	○	+5°	×	○
0°	×	＜	+5°	×	○
0°	×	＜	-5°	○	×
-10°	○	×	-5°	○	×
-10°	○	×	-15°	○	×
-20°	○	×	-15°	○	×
-20°	○	×	-25°	○	×
-30°	○	×	-25°	○	×

如表1所示，当θ1′为0°到+15°时，观察到导电磁性粒子的沉积，当θ1′为-30°到-5°时，未观察到导电磁性粒子的沉积。可以想到，这些结果表示当面向感光鼓的磁极的峰值磁力位于鼓旋转方向的下游时，在旋转方向上的充电区域的下游，把粒子吸向输送装置的磁力增强，从而阻止粒子朝感光鼓迁移。

另一方面，当θ1′为+5°到+15°时，未观察到输出图像粗糙度，当θ1′为-30°到-5°时，观察到图像粗糙度。可以想到，这些结果表示在旋转方向上的充电区域的下游，把粒子吸向输送装置的磁力增强，并且同时，磁性刷明显位于该区域中，从而引起粒子与感光鼓的不均匀接触，并且由此引起与粒子状态相应的电位的细微不均匀性。

如上所述，在比较示例中，应当使峰值磁力位置更靠近面向感光鼓的位置，从而通过解决输出图像粗糙度来提高图像质量，然而，这可能造成导电粒子的沉积。

2)在例1的情况下

具有例1中的磁性刷充电设备C1和C2的成像装置，能够通过利用位于鼓旋转方向的下游的充电设备C1对感光鼓进行均匀充电，来解决引起图像粗糙度的不均匀电位分布，原因在于限制了引起图像粗糙度的位差。

表2和表3给出了在具有多磁性刷充电装置的例1中的多磁性刷充电单元2中的夹角θ1和θ2对导电粒子的沉积和输出图像粗糙度的影响。

表2

θ2	导电磁性粒子的沉积	浓度不均匀性	输出图像粗糙度
θ2	导电磁性粒子的沉积	浓度不均匀性	输出图像粗糙度	+15°	○	×	○
+10°	○	×	○	+15°	○	×	○
+10°	○	×	○	+5°	○	×	○
0°	○	×	○	+5°	○	×	○
0°	○	×	○	-5°	○	○	○
-10°	○	○	○	-5°	○	○	○
-10°	○	○	○	-15°	○	○	○
-20°	○	○	○	-15°	○	○	○
-20°	○	○	○	-25°	○	○	○
-30°	○	○	○	-25°	○	○	○

θ1＝+5°

表3

θ1	导电磁性粒子的沉积	浓度不均匀性	输出图像粗糙度
θ1	导电磁性粒子的沉积	浓度不均匀性	输出图像粗糙度	+15°	○	○	○
+10°	○	○	○	+15°	○	○	○
+10°	○	○	○	+5°	○	○	○
0°	○	○	＜	+5°	○	○	○
0°	○	○	＜	-5°	○	○	×
-10°	○	○	×	-5°	○	○	×
-10°	○	○	×	-15°	○	○	×
-20°	○	○	×	-15°	○	○	×
-20°	○	○	×	-25°	○	○	×
-30°	○	○	×	-25°	○	○	×

θ2＝-30°

多磁性刷充电单元2中的导电粒子沉积模式分成两类，并且磁性刷充电设备C1中的沉积模式与设备C2中的沉积模式不同。

在感光鼓的表面上可以观察到在第一磁性刷充电设备C1中沉积的导电粒子。另一方面，在鼓的表面上观察不到在设备C2中沉积的粒子，原因在于它们被作为下游设备的设备C1磁力回收了。然而，在其上沉积有粒子的感光鼓1的表面区域上的充电电位降低了，原因在于能够对鼓的充电作出贡献的粒子的数目减少了。这能够造成在许多情况中相对明显的不均匀电位分布，并且当通过设备C1在充电的鼓表面上不能获得均匀电位分布时，能够导致生成浓度不均匀的图像。

在例1中，通过从视觉上确认打印有反射浓度为0.3A的半色调图像的A4纸上的不均匀浓度，判断磁性刷充电设备C2中的导电粒子的沉积。它是根据以下标准评估的：

○：未观察到不均匀浓度

×：观察到不均匀浓度

表2给出了将θ1设置为常数+5°而θ2在-30°到+15°的范围内变化时的结果。如表2所示，在0°到+15°的角度范围内，观察到因磁性刷充电设备C2中的导电粒子的沉积而产生的不均匀浓度。然而，在上述范围之外的角度，未观察到图像粗糙度、导电粒子的沉积或不均匀浓度。这些结果表示：当θ2在5°到30°内时，磁性刷充电设备C2在感光鼓的旋转方向上的充电区域的下游有增强的磁力，以便有效控制导电粒子的沉积，并且利用磁性刷充电设备C1解决了不均匀电位分布，其中不均匀电位分布是由磁性刷的不均匀接触引起的，而磁性刷的不均匀接触的主要原因是引起图像粗糙的增强磁力。

表3给出了将θ2设置为常数-30°而θ1在-30°到+15°的范围内变化时的结果。如表3所示，未观察到因磁性刷充电设备C2中的导电粒子的沉积而产生的不均匀浓度。当通过磁性刷充电设备C2对感光鼓进行充电时，当θ1在-30°到+15°内时，未观察到导电粒子的沉积，原因在于已经用上游充电设备对其进行充电以降低电位分布。然而，象在比较示例中那样，观察到输出图像粗糙度，原因在于当完成对鼓的充电时，粗糙度反映了导电磁性粒子的接触状态。因此，对于作为末端充电设备的磁性刷充电设备C1而言，最好把θ1设置为+5°到+15°。

此外，在例1中，当θ1或θ2大于等于+15°或者小于等于-30°时，不能向充电区域输送导电磁性粒子，以防止正常充电。

根据上述发现得出以下结论：通过将磁极N1的峰值磁力位置N1P设置在感光鼓1的旋转方向的上游并且角度最好为+5°到+15°，并且在旋转时在鼓1上形成图像的曝光装置的前面，其中磁极N1位于作为末端充电设备的磁性刷充电设备C1内以面向感光鼓1，同时，通过将磁极S1的峰值磁力位置S1P设置在感光鼓旋转方向的下游，并且角度最好为-5°到-30°，其中磁极S1位于相对于鼓1的旋转方向的设备C1的上游的磁性刷充电设备C2内以面向鼓1，甚至采用高处理速度时，也对具有高介电常数的无机感光鼓进行均匀充电，而不会引起问题，如输出图像粗糙、不均匀浓度和导电磁性粒子的沉积，在延长时限内稳定地产生高质量图像。

例2

在例2中，使用有机感光部件作为感光鼓1。其他特征与例1中的设备的特征相同，其细节不再赘述。

作为图像承载部件的例2中的感光鼓1是用可充负电的OPC感光部件制造的。它具有分层结构，包括接地的铝鼓基1a(直径30mm)，其上顺序涂有第一到第五功能层1e到1i，如图5所示。

由鼓基1a支撑的第一层1e是厚度约为20μm的内涂层，用以平滑鼓基1a上的缺陷等，以及防止因反射曝光激光束而产生的波纹。

第二层1f是正电荷注入层，用来防止从铝鼓基1a中注入的正电荷抵消感光部件表面上的负电荷。它是厚度约为1μm的中间电阻层，其具有利用Amiran树脂和甲氧基化的尼龙调节为约10⁶Ωcm的电阻。

第三层1g是厚度约为0.3μm、并且分散有基于双偶氮的色素的树脂的电荷发生层。当它受到激光束照射时，生成正和负电荷对。

第四层1h是电荷输送层。它是分散有腙的聚碳酸脂的P型半导体。因此，它只能向感光部件的表面输送在电荷发生层1g中生成的正电荷，而不能输送感光部件表面上的负电荷。

第五层1i是在感光部件的表面上提供的电荷注入层，它是分散有特级SnO₂粒子的光固化的丙烯酸树脂的涂层。更确切地说，该涂层是一种包括丙烯酸树脂的材料，其中在该粒子中掺入锑后，以70％的比例(按重量计算)分散直径约为0.03μm的SnO₂粒子，以具有降低的电阻值。利用浸渍处理涂覆按上述方式准备的涂渍溶液，以形成厚度约为2μm的电荷注入层。与仅提供电阻值为1×10¹⁵Ωcm的电荷输送层的情况相比，该层具有1×10¹²Ωcm的感光部件的表面部分的减小的容积电阻。电荷注入层1f的容积电阻最好为1×10⁹Ωcm到1×10¹⁵Ωcm，它是由与电阻率单元16800A相连的电阻表(YHP，高电阻表4329A)确定的，其中电阻率单元16800A用于施加100V电压的薄片样品。对于上述测量，利用条码样品涂覆导电薄片，使其厚度为10μm。通过考虑导电薄片的电阻估计样品的电阻。

此外，在例2中发现，当将磁极N1的峰值磁力位置N1P设置在感光鼓1的旋转方向的上游，并且夹角(θ1)最好为0°到+15°时，其中磁极N1位于磁性刷充电设备C1内以面向鼓1，同时，通过将磁极S1的峰值磁力位置S1P设置在鼓旋转方向的下游，并且夹角(θ2)最好为-5°到-30°，其中磁极S1位于磁性刷充电设备C2内，可以对感光鼓1进行均匀充电，而不会引起问题，如输出图像粗糙，不均匀浓度和导电磁性粒子的沉积，从而在延长时限内稳定地产生高质量图像。

其他注释

1)在例1和例2中，作为用于对图像承载部件进行充电的装置，多磁性刷充电单元2具有两个磁性刷充电设备(第一和第二磁性刷充电设备)。然而，它也可以具有3个或更多充电设备。

2)图像承载部件并不限于例1和例2中使用的旋转鼓类型，并且可以是环带、转网或可输送的切片类型。

3)作为用于把信息写入到充电感光部件的表面上的装置，图像曝光装置并不限于例1和例2中使用的激光束扫描，并且可以是数字曝光装置，它例如包括诸如LED之类的固态发射元件阵列，或者可以是利用卤素灯、荧光灯等作为原稿照明装置的模拟图像曝光装置，其中充电感光部件作为成像装置的图像承载部件。总之，可以使用任何能够形成与图像信息相对应的潜像的设备。

4)用于本发明的图像承载部件可以是静电记录电介质等。当使用此类电介质时，首先以给定极性的给定电位对其表面进行均匀充电，然后在其上形成图像信息的静电潜像之前，利用消除针头或电子枪之类的合适消除装置进行处理，以便选择消除电荷。

5)在作为图像承载部件的电子照相感光部件或静电记录电介质上形成的调色剂图像可以被转印到中间介质上，然后被转印到最终的记录介质上，在该最终记录介质上利用热或压力等将其定影为永久图像。

6)此外，这样一种图像显示设备也在本发明的成像装置的范围内，其中作为图像承载部件的电子照相感光部件或静电记录电介质可以是旋转带类型，并且借助于充电、潜像形成和定影步骤，在旋转带上形成与图像信息相对应的调色剂图像，并在将在其上形成调色剂图像的部分设置在读取/显示部分之后对其进行显示，然后从图像承载部件中消除而并不转印到介质上，以便重复使用用于形成待显示图像。

本发明中的充电单元被构造为可与成像装置主体分离，其中用于该单元的第一和第二磁性刷装置可以作为组件拆卸。然而，它也可以是带有感光鼓的鼓盒结构，并且第一和第二磁性刷装置可以作为组件拆卸。不用说也可以将其构造为允许独立地拆卸每个磁性刷装置。

如上所述，具有多个磁性粒子充电装置的本发明中的充电设备，能够通过防止从上游充电装置在感光部件上沉积磁性粒子，以及通过防止下游充电装置和感光部件之间的缝隙中的不均匀磁性刷，来提高已经离开充电设备的感光部件上的电位的稳定性。

应当理解，上述示例决不是用来限制本发明的，并且可以在本发明的技术原理内作出许多变化。

Claims

1.一种充电设备，包括：

图像承载部件，其具有承载图像和移动的表面；

第一充电部件，其通过磁性粒子与所述图像承载部件的表面接触，来经由磁性粒子对所述图像承载部件充电；所述第一充电部件具有保持磁性粒子的第一保持部件和第一磁性部件，所述第一磁性部件保持在所述第一保持部件中并且生成保持磁性粒子的磁力；

第二充电部件，其沿所述图像承载部件的表面移动的方向提供在所述第一充电部件的下游侧，并且通过磁性粒子与所述图像承载部件的表面接触，来经由磁性粒子对所述图像承载部件充电；所述第二充电部件具有保持磁性粒子的第二保持部件和第二磁性部件，所述第二磁性部件保持在所述第二保持部件中并且生成保持磁性粒子的磁力，

其中当所述第一磁性部件位于到所述图像承载部件的最接近部分时，相对于所述图像承载部件的表面移动的移动方向，磁极的峰值磁力位置位于所述第一磁性部件的最接近部分的下游侧，

其中当所述第二磁性部件位于到所述图像承载部件的最接近部分时，相对于所述图像承载部件的表面移动的移动方向，磁极的峰值磁力位置位于所述第二磁性部件的最接近部分的上游侧。

2.根据权利要求1的充电设备，其中所述第一充电部件提供在所述图像承载部件上调色剂图像传输部分的下游侧。

3.根据权利要求1的充电设备，其中所述第一磁性部件和第二磁性部件提供在所述第一保持部件和第二保持部件内，所述第一保持部件和第二保持部件是可旋转的。

4.根据权利要求1的充电设备，其中所述第一磁性部件基本为圆柱形，当所述第一磁性部件位于到所述图像承载部件的最接近部分时，相对于所述图像承载部件的表面移动的移动方向，磁极的峰值磁力位置位于所述第一磁性部件的最接近部分的下游侧5°到30°内。

5.根据权利要求1的充电设备，其中所述第二磁性部件基本为圆柱形，当所述第二磁性部件位于到所述图像承载部件的最接近部分时，相对于所述图像承载部件的表面移动的移动方向，所述磁极的峰值磁力位置位于第二磁性部件的最接近部分的上游侧0°到15°内。

6.根据权利要求1的充电设备，其中所述第一保持部件和所述第二保持部件沿这样的方向旋转，即沿所述图像承载部件旋转到与所述第一保持部件和所述第二保持部件最接近的方向的相反方向旋转。

7.根据权利要求1的充电设备，其中所述第一充电部件和第二充电部件彼此相邻，所述第一充电部件和第二充电部件内彼此面向的磁极具有不同的极性，并且磁性粒子在所述第一保持部件和所述第二保持部件上迁移。

8.根据权利要求7的充电设备，其中所述磁性粒子是导电的。

9.根据权利要求1的充电设备，其中所述第一充电部件和所述第二充电部件是可拆卸地安装到成像装置上的单元。