DE3885830T2

DE3885830T2 - Aufladevorrichtung.

Info

Publication number: DE3885830T2
Application number: DE3885830T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Adachi; Junji Araya; Hiroki Kisu; Noribumi Koitabashi; Shunji Nakamura; Masanobu Saito; Yohji Tomoyuki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-09-14
Filing date: 1988-09-13
Publication date: 1994-06-16
Anticipated expiration: 2008-09-14
Also published as: EP0308185A3; EP0308185B1; US5126913A; DE3885830D1; EP0308185A2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Aufladevorrichtung, die in einem elektrofotografischen Kopiergerät, einem Laserstrahldrucker oder dergleichen einsetzbar ist, wobei ein Ladeelement, an das eine externe Spannung angelegt wird, mit einem zu ladenden Element wie einem bewegbaren fotoempfindlichen Element in Form einer Trommel oder in Form eines Bandes in Berührung gebracht wird.
Als Beispiel wird ein Prozeß zum Laden eines fotoempfindlichen Elements als zu ladendes Element in einem elektrofotografischen Kopiergerät beschrieben.
Bekanntermaßen wird in einem elektrofotografischen Kopiergerät die Oberfläche des als Bildträgerelement dienenden fotoempfindlichen Elements gleichförmig auf ein vorbestimmtes Potential aufgeladen. Im allgemeinen wird als Aufladevorrichtung ein Koronaentlader mit einer Drahtelektrode und einer Abschirmelektrode verwendet. Die als Aufladevorrichtung für das fotoempfindliche Element eingesetzte Koronaentladevorrichtung macht es erforderlich, an die Drahtelektrode eine hohe Spannung von einige kV anzulegen. Außerdem müssen zum Einhalten eines großen Abstandes zwischen der Drahtelektrode und der Abschirmelektrode für das Verhindern des Abfließens zur Abschirmelektrode und zu der Haupteinheit des Gerätes die Abmessungen des Entladers groß sein und es wird durch die Koronaentladung eine verhältnismäßig große Menge an Ozon erzeugt, was die Probleme der Verschlechterung des fotoempfindlichen Elements und der Bildunschärfe oder dergleichen mit sich bringt.
Demgemäß wird in der letzten Zeit in Betracht gezogen, nicht den Koronaentlader zu verwenden, der solche Probleme zur Folge hat, und eine andere Aufladevorrichtung einzusetzen, die mit dem fotoempfindlichen Element in Berührung gebracht wird, um dieses zu laden. Durch Verwenden eines solchen Ladeelements können die vorstehend beschriebenen Probleme des Anlegens hoher Spannung und der Ozonentstehung oder dergleichen bei dem Koronaentlader ausgeschaltet werden. Als mit dem zu ladenden Element in Kontakt zu bringendes Ladeelement wird eine Leitfaserbürste oder eine leitende Walze aus einer leitfähigen elastischen Walze oder dergleichen, an die von außen eine Gleichspannung (mit ungefähr 1 kV) oder eine kombinierte Gleich- und Wechselspannung angelegt wird, mit der Oberfläche des fotoempfindlichen Elements in Berührung gebracht, um die Oberfläche elektrisch auf ein vorbestimmtes Potential aufzuladen.
Hierbei besteht jedoch ein Problem darin, daß dann, wenn das Ladeelement mit der Oberfläche des fotoempfindlichen Elements in Berührung gebracht wird und dieses auflädt, die Oberfläche des fotoempfindlichen Elements nicht gleichförmig geladen wird, sondern sich eine fleckige Ungleichförmigkeit ergibt.
Obwohl im Vergleich zu dem herkömmlichen Koronaentlader die niedrige Spannung (von ungefähr 1 bis 2 kV) dazu genügt, an dem fotoempfindlichen Element ein erwünschtes Potential (von ungefähr 500 bis 1000 V) zu ergeben, wurde festgestellt, daß wegen der Berührung des Ladeelements mit der Oberfläche des fotoempfindlichen Elements das Vorliegen von feinen Löchern des fotoempfindlichen Elements oder von Fremdstoff wie Metallpulver oder dergleichen einen leitenden Weg zwischen dem mit der Spannung gespeisten Ladeelement und den feinen Löchern oder dem Metallpulver hervorruft, was einen übermäßig starken Strom ergibt. Ein solches Abfließen von Strom zu dem fotoempfindlichen Element ergibt eine Verringerung der Spannung des Ladeelements nicht nur in den Bereichen der feinen Löcher, sondern auch über der ganzen langgestreckten Berührungsfläche zwischen dem Ladeelement und dem fotoempfindlichen Element und es wird auf der langgestreckten Fläche die elektrische Ladung nicht aufgebracht, was das Entstehen einer ungeladenen Fläche zur Folge hat.
In Fig. 1A und 1B ist ein Mechanismus dieser Erscheinung dargestellt. In Fig. 1A ist mit 1 ein fotoempfindliches Element als zu ladendes Element bezeichnet, das in einer durch einen Pfeil dargestellten Richtung bewegbar ist, P ist ein feines Loch in dem fotoempfindlichen Element und 2 ist ein Ladeelement, das mit einer Spannung gespeist wird und mit der Oberfläche des fotoempfindlichen Elements in Berührung gebracht wird, um die Oberfläche des fotoempfindlichen Elements 1 aufzuladen. Fig. 1B ist eine Äquivalenzschaltung der Anordnung nach Fig. 1A. In dem feinen Loch des fotoempfindlichen Elements 1 ist der elektrische Widerstand des fotoempfindlichen Elements im Vergleich zu dem anderen Bereich desselben niedrig, so daß die Berührung oder Annäherung des Ladeelements 2 daran zum Fließen eines übermäßigen Stroms I führt. Wenn der übermäßige Strom fließt, werden an irgendeiner Stelle längs einer langgestreckten Linie an dem fotoempfindlichen Element (der Linie- der Berührung zwischen dem fotoempfindlichen Element und dem angelegten Ladeelement) die an das fotoempfindliche Element angelegten Spannungen VA, VB, . . . VZ im wesentlichen 0 V und es wird daher die Ladung nicht auf den den Bereich des feinen Loches enthaltenden ganzen langgestreckten Berührungsbereich aufgebracht.
Wenn diese Erscheinung während des Ladeprozesses des fotoempfindlichen Elements auftritt, enthält das ausgegebene Bild einen sich auf der Länge des fotoempfindlichen Elements entsprechend dem ungeladenen Bereich erstreckenden nicht entwickelten Bereich, was bei einer normalen Entwicklung, bei der unzureichend geladene Abschnitte nicht entwickelt werden, einen weißen Streifen ergibt oder bei einer Umkehrentwicklung, bei der unzureichend geladene Bereiche entwickelt werden, einen schwarzen Streifen ergibt. Auf diese Weise ist die Bildqualität beträchtlich vermindert. Der übermäßige Strom zur Trägerelektrode des fotoempfindlichen Elements kann ferner eine fehlerhafte Funktion oder eine Beschädigung des elektrischen Steuersystems des elektrofotografischen Kopiergeräts ergeben. Die feinen Löcher P entstehen bei der Herstellung des Bildträgermaterials oder des fotoempfindlichen Elements oder dergleichen oder aber durch mechanische Beschädigung oder durch Isolationsdurchschlag. Es ist schwierig, die feinen Löcher P vollständig zu beseitigen.
In der EP-A-0280542 und der EP-A-0272072 (für die der Artikel 54(3) EPC gilt) wurde vorgeschlagen, das fotoempfindliche Element mit einem damit in Berührung gebrachten Ladeelement durch Anlegen einer pulsierenden Spannung wie einer Wechselspannung mit einer Spitze-Spitze- Spannung gleichförmig zu laden, die nicht niedriger ist als das Doppelte des absoluten Wertes der Ladeanfangsspannung für das fotoempfindliche Element.
Obwohl es möglich ist, durch Anwenden dieses Verfahrens bei einem elektrofotografischen Kopiergerät das fotoempfindliche Element gleichförmig zu laden, befassen sich die US- Anmeldungen nicht mit dem Problem, das durch den Leckstrom durch die feinen Löcher entsteht, der das Bilden eines ungeladenen Bereichs ergibt, welcher sich über die Länge des fotoempfindlichen Elements erstreckt.
Eine Einrichtung zum Verhindern des Leckstroms zu dem fotoempfindlichen Element ist in den JP-OS 49960/1983 und 224871/1984 vorgeschlagen. Die Vorschläge sind jedoch zum Verhindern des Stromabflusses unzureichend und auch hinsichtlich der Gleichförmigkeit des Ladens nicht zufriedenstellend.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird daher eine Aufladevorrichtung gemäß Patentanspruch 1 geschaffen.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird eine Aufladevorrichtung gemäß Patentanspruch 3 geschaffen.
Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird eine Aufladevorrichtung gemäß Patentanspruch 4 geschaffen.
Zum leichteren Verständnis der Erfindung werden nun Ausführungsbeispiele für diese unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen
Fig. 1A eine Längsschnittansicht einer herkömmlichen Aufladevorrichtung zeigt,
Fig. 1B eine elektrische Äquivalenzschaltung einer herkömmlichen Aufladevorrichtung zeigt,
Fig. 2 schematisch die Gestaltung eines Bilderzeugungsgerätes zeigt, das die erfindungsgemäße Aufladevorrichtung enthält,
Fig. 3 eine Schnittansicht einer Aufladevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist,
Fig. 4 eine Schnittansicht einer herkömmlichen Aufladevorrichtung ist,
Fig. 5 eine Längsschnittansicht der Vorrichtung nach Fig. 3 ist,
Fig. 6 ein Äquivalenzschaltbild der Aufladevorrichtung nach Fig. 5 ist,
Fig. 7 ein Äquivalenzschaltbild der Aufladevorrichtung nach Fig. 1A ist,
Fig. 8 eine grafische Darstellung ist, die einen Zusammenhang zwischen einer an das Ladeelement angelegten Gleichspannung und dem Oberflächenpotential des zu ladenden Elements veranschaulicht,
Fig. 9 eine grafische Darstellung ist, die einen Zusammenhang zwischen einer Spitze-Spitze-Spannung der an das Ladeelement angelegten pulsierenden Spannung und dem Oberflächenpotential des zu ladenden Elements zeigt,
Fig. 10, 11A, 13 bis 19, 23, 24 Schnittansichten von Aufladevorrichtungen gemäß anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung sind,
Fig. 11B ein Äquivalenzschaltbild einer Aufladevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist,
Fig. 12 eine grafische Darstellung ist, die die Ladeeigenschaft und die Ableiteigenschaft in bezug auf einen spezifischen Volumenwiderstand der Oberflächenwiderstandsschicht einer Kontakt-Ladeklinge veranschaulicht,
Fig. 20 ein Äquivalenzschaltbild einer Aufladevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist,
Fig. 21 eine grafische Darstellung ist, die eine zeitliche Änderung des Oberflächenpotentials veranschaulicht, und
Fig. 22 einen Zusammenhang zwischen dem Widerstand und der elektrostatischen Kapazität in Fällen zeigt, bei denen das Sättigungs-Oberflächenpotential des Ladeelements die Potentialdifferenz zwischen dem Oberflächenpotential des Ladeelements und dem Oberflächenpotential des zu ladenden Elements ist, wenn das Laden des zu ladenden Elements beginnt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

In Fig. 2 ist schematisch die Gestaltung eines Bilderzeugungsgerätes gezeigt, in das eine Aufladevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eingebaut ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Gerät ein elektrofotografisches Kopiergerät in Bildtransferausführung mit einer auswechselbaren Prozeßeinschubeinheit.
Das Bilderzeugungsgerät enthält ein Bildträgerelement in Form eines trommelförmigen elektrofotografischen fotoempfindlichen Elements, das nachfolgend als "fotoempfindliches Element" bezeichnet wird und das mit einer vorbestimmten Umfangsgeschwindigkeit in einer durch einen Pfeil angezeigten Richtung um eine Achse 1c drehend angetrieben wird. Weiterhin enthält das Gerät ein Kontakt- Ladeelement als Vorrichtung zum gleichförmigen Laden der Umfangsfläche des fotoempfindlichen Elements 1 als zu ladendes Element, eine Bildbelichtungsvorrichtung 3 in Form einer Linsenanordnung mit kurzer Brennweite, eine Entwicklungsvorrichtung 4, eine Bildübertragungsvorrichtung 5, eine Zeitsteuerwalze 51 für das Zuführen eines vereinzelt aus einer nicht dargestellten Papierzuführstation aufgenommenen Übertragungsmaterials 10 zu einem Zwischenraum zwischen dem fotoempfindlichen Element 1 und der Übertragungsvorrichtung 5 unter Synchronisierung mit der Umdrehung des fotoempfindlichen Elements 1, ein übertragungsmaterial-Führungsteil 52, das zwischen der Zeitsteuerwalze 51 und der Übertragungsvorrichtung 5 angeordnet ist, eine Fördervorrichtung 53 für das Transportieren des Übertragungsmaterials 10, das durch das Hindurchlaufen durch den Zwischenraum zwischen dem fotoempfindlichen Element 1 und der Übertragungsvorrichtung 5 ein Bild aufgenommen hat, zu einer nicht gezeigten Bildfixiervorrichtung und eine Reinigungsvorrichtung zum Reinigen der Oberfläche des fotoempfindlichen Elements 1, nachdem das Bild von diesem zu dem Übertragungsmaterial 10 übertragen wurde.
In diesem Gerät sind das fotoempfindliche Element 1, das Kontakt-Ladeelement 2, die Entwicklungsvorrichtung 4 und die Reinigungsvorrichtung 6 in einer Prozeß-Einschubeinheit 7 enthalten und zu einer solchen zusammengestellt. Die Prozeß- Einschubeinheit 7 kann in die Haupteinheit des Kopiergeräts entlang von Trägerschienen 8 in der zur Ebene der Zeichnung von Fig. 2 senkrechten Richtung eingesetzt und aus der Haupteinheit entnommen werden.
Wenn die Prozeß-Einschubeinheit 7 richtig in die Haupteinheit eingeführt ist, ist die Prozeß-Einschubeinheit 7 mechanisch und elektrisch mit der Haupteinheit verbunden, so daß diese als Kopiergerät betriebsbereit wird.
Im Betrieb wird dann, wenn das fotoempfindliche Element 1 dreht, die Umfangsfläche des fotoempfindlichen Elements 1 durch das Kontakt-Ladeelement 2 gleichförmig geladen, dem eine Spannung (Vorspannung) aus einer Hochspannungsquelle E zugeführt wird. Dann wird das fotoempfindliche Element 1 aufeinanderfolgend mit Bildlicht L (durch Schlitzbeleuchtung eines Vorlagenbildes) belichtet, wenn es die Stelle der Bildbeleuchtungsvorrichtung durchläuft, so daß aufeinanderfolgend ein dem Bildlichtmuster entsprechendes elektrostatisches latentes Bild erzeugt wird. Eine Gehäusewandung der Prozeß-Einschubeinheit 7 ist mit einer Öffnung 7a für den Lichtdurchlaß versehen, die an einer Stelle angeordnet ist, welche der Bildlicht- Projiziervorrichtung 3 entspricht. Das Bildlicht kann auf das fotoempfindliche Element mittels einer Laserstrahl- Abtastvorrichtung projiziert werden. Im Falle eines elektrostatischen Aufzeichnungsgerätes wird durch eine Vorrichtung wie eine Reihe von Elektroden selektiv die Oberfläche des fotoempfindlichen Elements entladen, um auf der Oberfläche des fotoempfindlichen Elements ein elektrostatisches Latentbild zu erzeugen.
Das auf der Oberfläche des fotoempfindlichen Elements erzeugte Latentbild wird aufeinanderfolgend mittels der Entwicklungsvorrichtung 4 zu einem Tonerbild (sichtbaren Bild) entwickelt und das Tonerbild wird durch die Übertragungsvorrichtung 5 auf eine Fläche des Übertragungsmaterials 10 übertragen, welches aus der nicht dargestellten Blattzuführstation in den Zwischenraum zwischen der Übertragungsvorrichtung 5 und dem fotoempfindlichen Element 1 in zeitlichem Zusammenhang mit der Drehung des fotoempfindlichen Elements 1 durch die Funktion der Zeitsteuerwalze 51 befördert wurde.
Das Übertragungsmaterial 10, das durch das Durchlaufen der Übertragungsvorrichtung 5 das Bild empfangen hat, wird von der Oberfläche des fotoempfindlichen Elements 1 gelöst, mittels der Fördervorrichtung 53 in die nicht dargestellte Bildfixiervorrichtung eingeführt, einem Bildfixiervorgang unterzogen und letztlich als Abdruck oder Kopie ausgetragen.
Andererseits wird die Oberfläche des fotoempfindlichen Elements 1 nach der Bildübertragung durch die Reinigungsvorrichtung 6 gereinigt, so daß der nicht übertragene Toner, der von dem Übertragungsmaterial erzeugte Papierstaub und andere Verschmutzungen entfernt werden, um die wiederholte Bilderzeugung vorzubereiten.
Die Fig. 3 zeigt eine Aufladevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei mit 1 ein Teil der elektrofotografischen fotoempfindlichen Trommel bezeichnet ist, die ein zu ladendes Element ist. Die fotoempfindliche Trommel 1 weist eine Unterlagentrommel 1a aus Aluminium mit einer fotoempfindlichen Schicht an deren Außenfläche auf, wobei die fotoempfindliche Schicht aus einem organischen Fotoleiter (OPC) 1b gebildet ist. Der Außendurchmesser der Trommel 1 beträgt 30 mm und die Trommel ist in der durch einen Pfeil a dargestellten Richtung mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit drehbar. Das Ladeelement in Form einer Ladewalze 2 steht mit der fotoempfindlichen Trommel 1 unter einem vorbestimmten Druck in Berührung. Die Ladewalze 2 dreht der Drehung der fotoempfindlichen Trommel nachfolgend in der durch einen Pfeil b dargestellten Richtung. An der Berührungsfläche zwischen der fotoempfindlichen Trommel 1 und der Ladewalze 2 kann die Ladewalze 2 in der gleichen oder in der entgegengesetzten Richtung gedreht werden, jedoch ist es vom Gesichtspunkt der Reibung zwischen der fotoempfindlichen Trommel 1 und der Ladewalze 2 her gesehen anzustreben, daß die Ladewalze 2 zwangsläufig oder zusammen mit der fotoempfindlichen Trommel an der Berührungsfläche zwischen diesen in der gleichen Umfangsrichtung und mit der gleichen Geschwindigkeit dreht. Der Ladewalze 2 wird Spannung aus der Spannungsquelle E zugeführt, welche an den Metallkern 2a (die Elektrode) der Ladewalze 2 eine Spannung (VDC + VAC) anlegt, die eine Zusammensetzung aus einer Gleichspannung VDC und einer Wechselspannung VAC ist.
Die Ladewalze 2 hat Dreischichtenaufbau mit dem Metallkern und enthält den Metallkern 2a (als dritte Schicht), eine leitende elastische Schicht 2b (als zweite Schicht) und eine Widerstands- oder Isolier-Oberflächenschicht 2c (als erste Schicht) darüber. Der Außendurchmesser der Walze beträgt 12 mm. Hierbei ist die Isolierschicht eine Schicht, mit der mittels eines elektrostatischen Kapazitätsmeßgerätes eine elektrostatische Kapazität des Ladeelements gemessen werden kann.
Die Materialien der leitenden elastischen Schicht 2b und der Oberflächenschicht 2c sind bei diesem Ausführungsbeispiel Leitgummi wie EPDM und regenerierte Zellulose mit einer Dicke von 10 um. Der Widerstand der leitenden elastischen Schicht 2b ist vernachlässigbar gering im Vergleich zu demjenigen der Oberflächenschicht 2c und beträgt im einzelnen nicht mehr als 10³ Ohm. Der Widerstand R der Ladewalze 2 beträgt ungefähr 10&sup7; Ohm und die elektrostatische Kapazität C beträgt ungefähr 1800 pF.
Dieser Widerstand und diese elektrostatische Kapazität basieren auf 1 cm² der Walzenoberfläche. Die elektrostatische Kapazität Cd der fotoempfindlichen Trommel 1 je 1 cm² beträgt ungefähr 140 pF.
Die Ladewalze 2 kann aus vier Schichten einschließlich des Metallkerns aufgebaut sein. Das Ladeelement ist als drehbare Walze beschrieben, kann aber eine nicht drehbare Walze, ein Kissen in Form einer Klinge oder dergleichen sein.
Die mit dem fotoempfindlichen Element 1 in Berührung gebrachte Ladewalze 2 ist vorzugsweise derart beschaffen, daß die aus der externen Spannungsquelle E an den Metallkern 2a (die Elektrode) angelegte Spannung ohne Abschwächung durch den Widerstand der ersten Schicht 2c und der zweiten Schicht 2b zwischen das fotoempfindliche Element 1 und die Oberflächenschicht der Ladewalze angelegt wird. Um dies zu bewerkstelligen, ist es beispielsweise möglich, zum Verringern des Widerstands in der Walze 2 eine große Menge an leitfähigem Pulver zu verteilen. Falls jedoch die Oberfläche des fotoempfindlichen Elements 1 einen Materialfehler oder dergleichen hat, tendiert der niedrige Widerstand der Walze 2 dazu, gemäß der vorangehenden Beschreibung durch einen übermäßigen Strom einen Spannungsabfall der externen Spannungsquelle zu ergeben. Daher ist vom Standpunkt der Ladeeigenschaft der niedrige Widerstand der Walze 2 wünschenswert, wogegen hinsichtlich des Verhinderns des sich aus dem Materialfehler ergebenden Spannungsabfalls der hohe Widerstand der Walze 2 wünschenswert ist. Es ist jedoch anzumerken, daß der Widerstand, der wegen der Ladeeigenschaft auf wünschenswerte Weise niedrig ist, der Widerstand über die ganze Berührungsfläche zwischen der Walze und dem fotoempfindlichen Element ist, wogegen der Widerstand, der wegen des Verhinderns des Spannungsabfalls auf wünschenswerte Weise hoch ist, der Widerstand zwischen dem Metallkern 2a und dem Oberflächenfehler der Oberfläche des fotoempfindlichen Elements ist. In Anbetracht dessen ist der spezifische Volumenwiderstand der das fotoempfindliche Element (das zu ladende Element) direkt berührenden äußersten Widerstandsschicht 2c größer als der spezifische Volumenwiderstand der zweiten Schicht 2b, die mit der Rückseite der äußersten Schicht 2c in Kontakt ist.
Die Fig. 4 zeigt als Vergleichsbeispiel eine Kontakt- Ladevorrichtung mit nur einem Metallkern 2a und nur der Widerstandsschicht 2b.
Die dreischichtige Ladewalze 2 gemäß Fig. 3 hat in bezug auf das fotoempfindliche Element 1 einen Widerstand R1:
R¹ = ρ1r2/ld ln r2/r1 + ρ2(r2+t)/ld ln (r2+t/r2) (1)
ρ1: spezifischer Volumenwiderstand der ersten Schicht 2b
π2: spezifischer Volumenwiderstand der zweiten Schicht 2c
r1: Radius des Metallkerns 2a
r2: (äußerer) Radius der zweiten Schicht 2b
t: Dicke der ersten Schicht 2c
d: Walzenspaltbreite zwischen der Ladewalze 2 und dem fotoempfindlichen Element 1
l: Länge des Walzenspaltes
Der Widerstand R2 der Ladewalze mit einer einzigen Schicht 2b gemäß Fig. 4 in bezug auf das fotoempfindliche Element 1 ist
R2 = ρ1r2/ld ln r2/r1 (2)
Durch das Anbringen der ersten Schicht 2c ist die Erhöhung ΔR des Widerstands der Ladewalze 2
ΔR = ρ2(r2+t)/ld ln (r2+t/r2) (3)
Da bei diesem Ausführungsbeispiel der spezifische Volumenwiderstand ρ2 der ersten Schicht 2c größer als der spezifische Volumenwiderstand ρ1 der zweiten Schicht 2b ist, wie es vorangehend beschrieben ist, ist die logarithmische Komponente der Widerstandserhöhung ΔR klein, wenn die Dicke t der ersten Schicht 2c gering ist, und daher wird der Widerstand der Walze nicht wesentlich größer. Die Fig. 5 und 1A sind jeweils eine Längsschnittansicht der Ladewalze nach Fig. 3 und 4, wobei der Weg des Stromes I aus der Ladewalze 2 über ein feines Loch P dargestellt ist, welches durch das Auftreffen durch irgendein Teil oder dergleichen entstanden ist.
Im Falle nach Fig. 1A, bei dem die Ladewalze nur die Schicht 2b hat, fließt durch das feine Loch P und entlang der Oberflächenschicht der Walze um das feine Loch herum ein starker Strom I und daher ist infolge des feinen Loches P der Stromflußweg vergrößert, was den Spannungsabfall zur Folge hat. Demgemäß erhält der das feine Loch enthaltende Längsbereich des fotoempfindlichen Elements nicht die elektrische Ladung, so daß die längliche lineare Fläche nicht geladen wird.
Im Gegensatz dazu ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung der Widerstand der mit dem fotoempfindlichen Element 1 in Berührung gebrachten Oberflächenschicht 2c hoch, so daß der Strom über die Oberflächenschicht der Walze in das feine Loch schwach ist und daher der Spannungsabfall gering ist.
D.h., da der spezifische Volumenwiderstand der das zu ladende Element berührenden Oberflächenschicht 2c höher als der spezifische Volumenwiderstand der Schicht 2b hinter der Oberflächenschicht ist, wird die aus der externen Spannungsquelle E angelegte Spannung wirkungsvoll über der Berührungsfläche zwischen der Ladewalze und dem zu ladenden Element aufgebracht und außerdem wird selbst dann, wenn an der Oberfläche des fotoempfindlichen Elements der Materialfehler entstanden ist, das Fließen eines übermäßigen Stroms verhindert, so daß auf diese Weise der beträchtliche Spannungsabfall verhindert ist.
Die Fig. 6 zeigt eine äquivalente Schaltung der Kontakt- Aufladevorrichtung mit der Oberflächenschicht 2c und der Widerstands- und Isolierschicht. Der Widerstand R der Ladewalze 2 beträgt ungefähr 10&sup7; Ohm und die elektrostatische Kapazität C beträgt ungefähr 1800 pF. Der Widerstand und die elektrostatische Kapazität sind für 1 cm² der Walzenoberfläche angegeben. Die elektrostatische Kapazität Cd der fotoempfindlichen Trommel 1 je 1 cm² beträgt ungefähr 140 pF.
Da gemäß dieser Figur R » (1/2πfC) und C » Cd gilt, wobei 1/2πfC die Impedanz der elektrostatischen Kapazität der Ladewalze ist, kann die Wechselspannung VAC, die das gleichförmige Laden der fotoempfindlichen Trommel 1 bewirkt, an die fotoempfindliche Trommel im wesentlichen ohne Verlust angelegt werden. In der vorstehenden Ungleichung ist f eine Frequenz der Wechselspannung VAC, im allgemeinen f = 50 bis 2000 Hz. Hierbei bedeutet das Ungleichungszeichen "»" eine ausreichend große Differenz und vorzugsweise eine Differenz um eine Größenordnung oder mehr. Da der Widerstand R der Ladewalze 2 ausreichend hoch ist, ist das Abfließen von Strom an dem feinen Loch wesentlich selbst dann eingeschränkt, wenn dieses an der fotoempfindlichen Trommel 1 entstanden ist, und daher tritt nicht der Spannungsabfall der Spannungsquelle auf. Da die durch die elektrostatische Kapazität der Walze gebildete Impedanzkomponente kleiner als die durch den Widerstand gebildete Impedanzkomponente ist, kann durch den großen Widerstand R das Abfließen verhindert werden und die Wechselspannung, die bewirkt, daß das Laden gleichförmig wird, kann durch das Bestehen der Kapazität C (Fig. 6) an die fotoempfindliche Trommel ohne Abschwächung angelegt werden. Da ferner die elektrostatische Kapazität der Walze größer als die elektrostatische Kapazität der fotoempfindlichen Trommel ist, ist die Impedanzkomponente der elektrostatischen Kapazität der Walze kleiner als die Impedanzkomponente der elektrostatischen Kapazität der Trommel, so daß die Wechselspannung ohne Abschwächung an die fotoempfindliche Trommel angelegt werden kann.
In Fig. 7 ist eine Äquivalenzschaltung einer in Fig. 4 dargestellten herkömmlichen Ladewalze 2 gezeigt. Wenn hierbei der Widerstand R verringert ist, tritt die Ableitung auf, wenn die fotoempfindliche Trommel ein feines Loch oder Löcher hat. Wenn der Widerstand erhöht wird, kann das Abfließen verhindert werden, aber wenn R 1/2πfCd gilt, namlich die Impedanzkomponente des Widerstands der Ladewalze nicht kleiner als die Impedanzkomponente der elektrostatischen Kapazität der Trommel ist, wird durch die Ladewalze die Wechselspannung VAC abgeschwächt und nicht auf ausreichende Weise an die fotoempfindliche Trommel angelegt, was ein ungleichförmiges Laden ergibt.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Probleme gelöst und es wird dann, wenn von der Spannungsquelle E eine Wechselspannung VAC mit einer Frequenz von 1000 Hz und einer Spitze-Spitze-Spannung von 1500 Vpp angelegt wird, die mit einer Gleichspannung VDC von -750 V überlagert ist (die im wesentlichen gleich den Spannungen bei unseren vorangehend angesprochenen früheren Anmeldungen sind), und wenn die fotoempfindliche Trommel mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 22 mm/s gedreht wird, die fotoempfindliche Trommel 1 gleichförmig auf -750 V aufgeladen. Außerdem tritt selbst dann, wenn in der fotoempfindlichen Trommel 1 ein feines Loch entsteht, durch das Abfließen über das feine Loch und die Ladewalze 2 kein Spannungsabfall an der Spannungsquelle E auf. Daher erscheint anders als bei dem herkömmlichen Fall kein schwarzer oder weißer Streifen in dem Bild. Das feine Loch der fotoempfindlichen Trommel tritt in dem Bild als schwarzer oder weißer Flecken in Erscheinung, der so klein ist, daß er gewöhnlich kein Problem darstellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist gemäß der Offenbarung in EP-A- 02 80542 und EP-A-0272072 die Spitze-Spitze-Spannung der an die Ladewalze angelegten pulsierenden Spannung nicht kleiner als das Doppelte des Absolutwertes der Ladeanfangsspannung in dem Fall, daß der Ladewalze nur eine Gleichspannung zugeführt wird.
Hierbei ist die pulsierende Spannung eine Spannung, die sich zeitlich periodisch ändert, und die Kurvenform kann Sinusform, Dreieckform, Rechteckform oder dergleichen sein.
Die Ladeanfangsspannung wird auffolgende Weise bestimmt: Die Ladewalze bzw. das Ladeelement wird mit einem zu ladenden Element in Berührung gebracht, das ein Oberflächenpotential 0 hat, und es wird an das Ladeelement nur eine Gleichspannung angelegt. Die Gleichspannung wird erhöht und das Oberflächenpotential des zu ladenden Elements wird in einem Oberflächenpotential/angelegte Gleichspannung- Diagramm aufgetragen. Die Spannung wird in Stufen von 100 V erhöht. Der erste Punkt der Spannung ist derjenige, bei dem das Oberflächenpotential des zu ladenden Elements erscheint, und es werden zehn Oberflächenpotentiale bei jeweiligen 100 V-Stufen aufgetragen von den aufgetragenen Werten weg wird unter Anwendung der Fehlerquadrat-Annäherung eine gerade Linie gezogen. Die Gleichspannungsablesung, an der sich die gerade Linie und die das Oberflächenpotential 0 darstellende Linie schneiden, wird als Ladeanfangsspannung bestimmt.
Die Fig. 8 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel für dieses Verfahren veranschaulicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel war die Ladeanfangsspannung -560 V. Wenn die Spitze-Spitze-Spannung derart festgelegt wird, daß sie höher als das Doppelte der Ladeanfangsspannung ist, kann das Laden gleichförmig ausgeführt werden.
Die Fig. 9 ist eine grafische Darstellung, bei der eine Spitze-Spitze-Spannung der an die Ladewalze angelegten pulsierenden Spannung gegen ein Oberflächenpotential der fotoempfindlichen OPC-Trommel bei den Gleichspannungen -750 V, -500 V und -100 V aufgetragen ist. Wenn die Spitze-Spitze- Spannung der pulsierenden Spannung stufenweise in einem solchen Ausmaß erhöht wird, daß sie nicht kleiner als das Doppelte des Absolutwertes (560 V) der Ladeanfangsspannung ist, dann wird das Oberflächenpotential des fotoempfindlichen Elements gleichförmig.
Die Fig. 10 zeigt eine Kontakt-Aufladevorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die gleichen Bezugszeichen die Elemente mit den entsprechenden Funktionen bezeichnen und deren ausführliche Beschreibung weggelassen ist.
Die Ladewalze 2 hat Zweischichtenaufbau mit einer Metallwalze 2a und einer Oberflächen-Widerstands- und Isolierschicht als Oberflächenschicht 2c auf der Oberfläche der Metallwalze 2a. Die Oberflächenschicht ist aus NBR-Gummi mit einer Dicke von 15 um. Der Widerstand R der Ladewalze 2 beträgt ungefähr 10&sup7; Ohm und die elektrostatische Kapazität C beträgt ungefähr 1500 pF, was den vorangehend beschriebenen Bedingungen R > 1/(2πfC) und C > Cd genügt, und daher können die gleichen Vorteile wie die bei dem vorangehenden Ausführungsbeispiel beschriebenen erzielt werden. Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Ladewalze 2 nicht die leitende elastische Schicht hat, hat das zu ladende Element wie die fotoempfindliche Trommel oder dergleichen vorzugsweise große Härte. Die Ladewalze bei diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der in Fig. 4 gezeigten herkömmlichen Ladewalze darin, daß die Ladewalze 2 bei diesem Ausführungsbeispiel mit einer Oberflächen-Widerstands- und Isolierschicht versehen ist, und daher wird die Wechselspannung durch die Ladewalze nicht abgeschwächt, so daß das fotoempfindliche Element gleichförmig geladen wird und das Abfließen verhindert werden kann.
Die Fig. 11 zeigt eine Kontakt-Aufladevorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat das Ladeelement die Form einer Klinge, die in gleicher Richtung unter einem vorbestimmten Druck mit der fotoempfindlichen Trommel 1 in Berührung gebracht ist. Die Klinge 12 hat ein Metallträgerteil 12a, dem eine Spannung zugeführt wird, und ein Leitgummi 12b mit einem ausreichend niedrigen Widerstand. Die Klinge 12 ist dort, wo sie mit der fotoempfindlichen Trommel 1 in Berührung ist, mit einer Oberflächenschicht 12c versehen, die eine Widerstands- und Isolierschicht ist. Die Oberflächenschicht 12c besteht aus CR-Gummi mit einer Dicke von 10 um. Der Widerstand R des Ladeelements beträgt ungefähr 10&sup7; Ohm/1 cm² und die elektrostatische Kapazität C beträgt ungefähr 1800 pF/1 cm². Da diese Werte den vorangehend beschriebenen Bedingungen genügen, ergeben sich die gleichen vorteilhaften Wirkungen.
Es werden bestimmte Beispiele beschrieben.

Beispiel 1

Ein Metallkern (Unterlage) 2a mit einem Durchmesser von 8 mm wurde mit der zweiten Schicht 2b mit einer Dicke von 4 mm und einem Widerstand von 10 Ωcm beschichtet, in der Kohlenstoff verteilt war. Sie wurde weiterhin mit der ersten, d. h., der Oberflächenschicht 2c aus Zellophan mit einer Dicke von 25 um und einem spezifischen Volumenwiderstand von 10&sup9; Ohm·cm beschichtet. Die Ladewalze 2 wurde mit einer pulsierenden Spannung gespeist, die durch Überlagern einer Gleichspannung mit einer Wechselspannung erzeugt wurde, welche eine Spitze-Spitze- Spannung hatte, die nicht niedriger als das Doppelte der Ladeanfangsspannung an der fotoempfindlichen OPC-Trommel war, wobei im einzelnen die zugeführte Spannung durch eine Wechselspannung mit einer Spitze-Spitze-Spannung von 1300 Vpp und einer Frequenz von 1 kHz und einer Gleichspannung von 700 V gebildet war. Die fotoempfindliche OPC-Trommel wurde auf ungefähr 700 V aufgeladen. Es wurde festgestellt, daß selbst dann, wenn die fotoempfindlich OPC-Trommel ein feines Loch mit einem Durchmesser von ungefähr 1 mm hatte, der Spannungsabfall nicht auftritt und das unzureichende Laden in Form eines Streifens nicht auftritt.

Beispiel 2

Ein Metallkern 2a (als leitende Unterlage) mit einem Durchmesser von 6 mm wurde mit zylindrischen Nitril-Butyl- Gummi mit einer Dicke von 3 mm und einem spezifischen Volumenwiderstand von 10³ Ohm·cm beschichtet, in dem Kohlenstoff verteilt war. Er wurde im weiteren mit der ersten Schicht 2c aus Nylon mit einer Dicke von 50 um und dem spezifischen Volumenwiderstand von 10¹&sup0; Ohm·cm beschichtet. Die auf diese Weise erzeugte Ladewalze 2 wurde mit der fotoempfindlichen OPC-Trommel in Berührung gebracht. Gleichermaßen wie bei dem vorangehenden Beispiel 1 wurde die Ladewalze 2 mit einer überlagerten Wechsel- und Gleichspannung gespeist (Wechselspannung 1300 Vpp, 1 kHz und Gleichspannung 700 V). Die fotoempfindliche OPC-Trommel wurde mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 22 mm/s angetrieben. Die Oberfläche der fotoempfindlichen OPC- Trommel wurde auf ungefähr 700 V aufgeladen. Es wurde ein feines Loch mit einem Durchmesser von ungefähr 1 mm gebildet und der Ladevorgang ausgeführt. Es wurde festgestellt, daß kein Spannungsabfall aufgetreten ist und daß sich das gleichförmige Laden ergeben hat.

Beispiel 3

Es wurde eine Ladeklinge 12 hergestellt. Der leitende Teil 12b (die zweite Schicht) wurde durch Verteilen von Kohlenstoffin Chloropren-Gummi erzeugt und die Ladeklinge 12 hatte einen spezifischen Widerstand von 10² Ohm·cm, eine Gummihärte von 60 Graden und eine Dicke ta von 1 mm.
Die dem fotoempfindlichen Element 1 zugewandte Oberfläche des leitenden Teils 12b wurde mit der ersten Schicht 12c mit einer Dicke von tb beschichtet. Als Material für die Widerstandsschicht 12c verwendbare Materialien sind Nylon wie AMILAN (Handelsbezeichnung) von Toray Kabushiki Kaisha, Japan, und TORESIN (Handelsbezeichnung) von Teikoku Kagaku Sangyo Kabushiki Kaisha, Japan, ein Material, in dem das vorstehende in geeignetem Gehalt verteilt ist, Polyurethan- Gummi, Polyurethan-Elastomer, NBR, Chloropren-Gummi, PVdF, PVdCl, PFT oder dergleichen.
Die Dicke tb der Widerstandsschicht 12c aus einem solchen Material betrug 50 um. Die Stirnfläche des leitenden Teils 12b wurde mit einem Material der Widerstandsschicht in einer Dicke von 200 um (a) beschichtet. Die Beschichtung wurde zuvor in einer größeren Dicke hergestellt und auf genaue Weise mit einer Genauigkeit von einigen um zugeschnitten.
Die Ladeklinge 12 wurde unter einem Winkel R in bezug auf das fotoempfindliche Element 1 schräg gestellt. Im einzelnen betrug der Winkel zwischen einer Tangentenebene und der in bezug auf die Bewegungsrichtung des fotoempfindlichen Elements stromab liegenden Seite des fotoempfindlichen Elements 15º und die Berührungsbreite h betrug ungefähr 1 bis 2 mm.
Die Ladeklinge 12 wurde mit der Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 1 in Form einer mit einem organischen fotoleitfähigen Material beschichteten Aluminiumtrommel in Berührung gebracht, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 50 mm/s gedreht wurde. Dem Metallträgerteil 12a wurde zum Laden der Oberfläche des fotoempfindlichen Elements eine Spannung zugeführt, die durch Überlagern einer Gleichspannung VDC von -700 V und einer Wechselspannung VAC mit einer Spitze-Spitze-Spannung Vpp von 1400 V erzeugt wurde, und es wurden die Lade- und Ableiteigenschaften untersucht.
Die Ladeeigenschaft wurde auffolgende Weise bewertet: Wenn die mit dem fotoempfindlichen Element 1 in Berührung gebrachte Ladeklinge 12 mit der Spannung gespeist wurde, die durch Überlagern einer Gleichspannung VDC und einer Wechselspannung VAC mit einer Spitze-Spitze-Spannung Vpp erzeugt wurde, die nicht niedriger als das Doppelte der Ladeanfangsspannung bezüglich des fotoempfindlichen Elements war, wurde gemäß Fig. 9 das fotoempfindliche Element auf ein Potential aufgeladen, das im wesentlichen gleich der Gleichspannung VDC war. Daher ist die Ladeeigenschaft als gut anzusehen, wenn das Oberflächenpotential des fotoempfindlichen Elements ungefähr gleich VDC ist.
Die Ableiteigenschaft ist als gut zu bewerten, wenn kein ungeladener Bereich auftritt.
Die Fig. 12 zeigt die Ergebnisse. Aus dieser Figur ist zu erkennen, daß dann, wenn die Filmdicke tb der Widerstandsschicht 12c der Ladeklinge 12 50 um beträgt, die Ladeeigenschaft und die Ableiteigenschaft, die einander widersprechen, dann zufriedenstellend sind, wenn der Widerstand 10&sup8; bis 10¹² Ohm·cm beträgt.
Der spezifische Volumenwiderstand wurde durch Messen des Widerstands von 1 cm² der Widerstandsschicht 12c bei einer angelegten Spannung von 10 bis 1000 V und Berechnen aufgrund dessen bestimmt, da die Werte für das jeweilige Material der Widerstandsschicht manchmal etwas von denjenigen verschieden sind, welche in Enzyklopädien, Katalogen oder dergleichen angegeben sind.
Die Materialien der Widerstandsschicht 12c, die gute Ergebnisse gebracht haben, sind AMILAN, TORESIN und ein Gemisch aus AMILAN und TORESIN und Polyurethan-Elastomer oder NBR mit einem verringerten Widerstand durch Dispergieren von leitfähigen Teilchen.
Eine Stirnfläche des leitenden Teils 12b der Ladeklinge 12 wird vorzugsweise mit der Widerstandsschicht beschichtet, da dann verhindert wird, daß Staub oder Fremdstoffe in der Luft oder an dem Teil der Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel, der nicht ausreichend gereinigt wird, durch die Berührung der Klinge 12 mit dem drehenden fotoempfindlichen Element 1 den in bezug auf die Drehrichtung des fotoempfindlichen Elements stromab liegenden Ladebereich erreichen, und daher ein teilweise unzureichendes Laden vermieden wird.
Wenn gemäß Fig. 13 der Rand nicht beschichtet ist, tritt an der Stelle eines feinen Loches P1 durch den Leckstrom eine Funkenentladung S auf, was ein unzureichendes Laden ergibt, obgleich an einer Stelle P2 die Funkenentladung nicht auftritt. Die Funkenentladung hat das Entstehen eines unzureichend geladenen Bereichs zur Folge.
Bei diesem Beispiel ist gemäß Fig. 11A die Ladeklinge 12 an der dem fotoempfindlichen Element 1 zugewandten Oberfläche des leitenden Teils 12b und bei a an dessen Rand mit der Widerstandsschicht 12c beschichtet, so daß die Funkenentladung nicht auftritt.

Beispiel 4

Als Widerstandsschicht 12c wurde AMILAN verwendet und die Schichtdicke tb wurde in dem Bereich von 5 bis 200 um verändert, wobei gleichartige Versuche wie bei dem dritten Beispiel ausgeführt wurden, um die Lade- und Ableiteigenschaften zu untersuchen.
Die Ladeeigenschaft war gut (OK), aber die Ableiteigenschaft war nicht gut (NG), wenn die Schichtdicke tb nicht mehr als 10 um betrug. Es wurde festgestellt, daß dies dadurch verursacht war, daß durch den Isolationsdurchbruch von AMILAN ein feines Loch erzeugt wurde, so daß die Funkenentladung aufgetreten ist, wenn es mit dem feinen Loch in Berührung gebracht wurde, was zu dem Stromabfluß geführt hat. Daher wurde festgestellt, daß ein dicker Film erforderlich ist.
Durch Versuche mit anderen Materialien bei geänderter Dicke tb wurde festgestellt, daß die Dicke vorzugsweise nicht weniger als 2 um beträgt, um selbst bei einer Beschädigung in bezug auf das Ableiten sicher zu sein.

Beispiel 5

Es wurde wie bei dem Beispiel 3 eine Ladeklinge 12 verwendet, die kein Ableiten gezeigt hat, und es wurde auf die Widerstandsschicht 12c ein leitender Anstrich (10&sup5; Ohm·cm) aufgebracht. Es wurde festgestellt, daß das Ableiten aufgetreten ist.
Aus diesem Beispiel und dem Beispiel 3 ergibt sich, daß der Widerstand der Oberfläche der Ladeklinge 12 das Ableiten beeinflußt. Eine Äquivalenzschaltung bei dem Anbringen der Oberflächen-Widerstandsschicht 12c ist in Fig. 11B gezeigt. In diesem Fall wird selbst dann, wenn das fotoempfindliche Element 1 ein feines Loch hat, die an dem fotoempfindlichen Element anliegende Spannung V'A nur an einer Stelle nahezu gleich 0 V, an der das feine Loch P liegt, aber wegen des Oberflächenwiderstands r der Widerstandsschicht 12c bleibt die Spannung V'B bis V'Z an den anderen Bereichen erhalten, so daß kein Abfließen auftritt.
Durch das Beispiel 3 wurde als unterer Grenzwert des Widerstands zum Verhindern des Abfließens 10&sup8; Ohm·cm festgestellt.

Beispiel 6

Als Widerstandsschicht 12c wurde AMILAN in einer Dicke von 200 um verwendet und es wurde der Winkel R zwischen der Ladeklinge 12 und dem fotoempfindlichen Element 1 geändert, wobei gleichartige Versuche ausgeführt wurden. Der Winkel R wurde in dem Bereich von 5 bis 60º geändert. Es wurde festgestellt, daß die Ladeeigenschaft nicht gut war, wenn der Winkel größer als 40º war.
Gemäß der Darstellung in Fig. 14A und 14B wurde dann, wenn das Laden unter den gleichen Bedingungen hinsichtlich der angelegten Spannung ausgeführt wurde, der sich durch das Paschen-Gesetz ergebende Entladungsabstandsbereich Q nicht verändert, aber es wurde mit der Vergrößerung des Winkels R der Entladungsbereich C schmäler. Dies ist als Grund für das schlechte Laden anzusehen. Hieraus ist ersichtlich, daß der Winkel R vorzugsweise kleiner ist, um gute Ladeeigenschaften zu ergeben.

Beispiel 7 (Fig. 15)

Die Ladeklinge 12 hatte den spezifische Widerstand von 10² Ohm·cm und enthielt als leitenden Teil 12b eine Klinge aus leitendem Urethangummi in einer Dicke von 1 mm und eine Widerstandsschicht 12c aus TORESIN oder AMILAN mit einer Dicke von 50 um und einem spezifischen Widerstand von 10&sup9; bis 10¹¹ Ohm·cm an beiden Oberflächen und an den Rändern.
Die Ladeklinge 12 wurde mit der Oberfläche des fotoempfindlichen Elements 1 unter einem Winkel R von 10º mit einer freien Teillänge 1 = 7 mm und einer Kontaktbreite h von 1 mm in Berührung gebracht und es wurde die Spannung zum Kontaktladen der Oberfläche des fotoempfindlichen Elements angelegt. Es hat sich ein gleichförmiges und gutes Laden ergeben.
Die angelegte Spannung wurde durch Überlagern einer Gleichspannung von -700 V und einer Wechselspannung von 1400 Vpp und 500 11: erzeugt. Das sich ergebende Oberflächenpotential des fotoempfindlichen Elements betrug im wesentlichen -700 V.
Wenn zu Versuchszwecken für das Feststellen der Ableiteigenschaft absichtlich ein feines Loch erzeugt wurde, wurde festgestellt, daß kein Ableiten aufgetreten ist.
Da die ganze Oberfläche des leitenden Teils 12b mit einer Widerstandsschicht 12c bedeckt war, war die Klinge nicht bogenförmig (die manchmal bogenförmig wird, wenn die Widerstandsschicht nur auf eine Seite aufgebracht wird (Fig. 11A)), und der Kontakt zu dem fotoempfindlichen Element war gleichförmig, so daß keine Ungleichförmigkeit in Form von Streifen des Ladens entstanden ist.

Beispiel 8 (Fig. 16)

Die Ladeklinge 12 bei diesem Beispiel hatte als leitenden Teil 12b ein Chloroprenblatt mit einer Dicke von 1,5 mm und einem spezifischen Widerstand von 10² Ohm·cm, auf das die Widerstandsschicht 12c ein Polyurethan-Elastomer mit einer Dicke von 50 um und einem spezifischen Widerstand von 10¹&sup0; Ohm·cm aufgebracht wurde. Das zweischichtige Material (12b und 12c) wurde zu einer geeigneten Größe und Form zugeschnitten und als Ladeklinge verwendet. Die Schnittkante wurde mit einer Deckschicht a aus einem Polyurethan- Elastomer in einer Dicke von 100 um mit einem spezifischen Widerstand von 10¹&sup5; Ohm·cm abgedeckt, da sonst der leitende Teil 12b freigelegen hätte.
Das als Deckschicht a an dem Rand des leitenden Teils verwendete Polyurethan-Elastomer mit dem spezifischen Volumenwiderstand von 10¹&sup5; Ohm·cm hatte eine Härte von 65 Graden und wurde gewöhnlich als Reinigungsklinge verwendet, so daß die Eigenschaften des engen Anliegens und des Gleitens in bezug auf das fotoempfindliche Element sehr gut waren. Der Winkel R betrug 10º und die freie Teillänge war 10 mm und daher betrug der lineare Andruck in bezug auf das fotoempfindliche Element nicht mehr als 5 g/cm. Bei guter Ladeeigenschaft wurde daher das fotoempfindliche Element nicht beschädigt. Es bestand kein Problem hinsichtlich der Ableiteigenschaft.

Beispiel 9 (Fig. 17)

Die Ladeklinge 12 enthielt als leitenden Teil 12b ein Blatt aus leitendem EPTM-Material mit einer Dicke von 1 mm, einem Härtegrad 70 und einem spezifischen Widerstand von 10² Ohm· cm. Das Blatt wurde zum Bilden der Widerstandsschicht 12c in flüssiges TORESIN, AMILAN, NBR oder dergleichen getaucht und dann getrocknet. Die Dicke der Widerstandsschicht 12c betrug maximal 70 um. Die Widerstandsschicht 12c wurde in dem Bereich von einem dem fotoempfindlichen Element zugewandten Rand bis zu 4 mm hiervon aufgebracht und der restliche Bereich wurde nicht beschichtet. Die Länge l des freien Teils betrug 8 mm.
Das fotoempfindliche Element 1 wurde mittels der Ladeklinge 12 unter Kontakt geladen und es wurde festgestellt, daß die Ladeeigenschaft gut war. Da die Widerstandsschicht 12c nicht über der ganzen Oberfläche der dem fotoempfindlichen Element 1 zugewandten Seite des leitenden Teils 12b ausgebildet war, aber der Abstand zwischen dem leitenden Teil 12b und dem feinen Loch des fotoempfindlichen Elements ausreichend groß war, war die Ableiteigenschaft gut und es ist daher keine Funkenentladung aufgetreten.

Beispiel 10 (Fig. 18)

Die Ladeklinge 12 hatte die gleiche Gestaltung wie gemäß Fig. 11A. Die Ladeklinge 12 wurde jedoch mit dem fotoempfindlichen Element 1 in gleicher Richtung in Berührung gebracht, während sie gemäß Fig. 11A in Gegenrichtung angelegt wurde.
Bezüglich der Ladeeigenschaft ist es vorteilhaft, wenn sich in bezug auf die Drehrichtung des fotoempfindlichen Elements stromab desselben die Oberfläche der Ladeklinge allmählich von dem fotoempfindlichen Element entfernt, da dann das Laden gleichförmig ist. Das Problem ist jedoch nicht schwerwiegend, wenn die Klinge 12 in gleicher Richtung angelegt wird.
Die gemäß Fig. 15 bis 17 in Gegenrichtung an das fotoempfindliche Element 1 angelegte Ladeklinge 12 kann in der gleichen Richtung angelegt werden.

Beispiel 11 (Fig. 19)

Bei diesem Beispiel enthält die Ladeklinge 12 als leitenden Teil 12b ein Polyurethan-Elastomer mit einer Dicke von 1 mm und einem spezifischen Widerstand von 10² Ohm·cm. Die Stirnfläche desselben wird zu einer runden Fläche d zugeschnitten. Die Widerstandsschicht 12c wird aus einem Blatt aus Polyurethan-Elastomer mit einer Dicke von 100 um und dem spezifischen Widerstand von 10¹&sup0; Ohm·cm gebildet. Sie wird durch Wärme ohne Luft dazwischen auf diejenige Oberfläche des leitenden Teils 12b aufgeschmolzen, die dem fotoempfindlichen Element 1 zugewandt ist. Das Bilden der runden Fläche bewirkt eine Verringerung der Steifigkeit der Ladeklinge und daher ist selbst dann, wenn die Länge l des freien Abschnitts nur 5 mm beträgt, der Andruck an das fotoempfindliche Element 1 nicht stark.
Wenn das fotoempfindliche Element 1 durch die Ladeklinge 12 unter Kontakt geladen wurde, waren die Ergebnisse gut. Hinsichtlich des Ableitens entstand kein Problem. Bei dieser Gestaltung konnte die Funkenentladung verhindert werden, ohne die Widerstandsschicht auf die Stirnfläche des leitenden Teils 12b aufzubringen.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung kann die Steifigkeit des Endabschnitts der Klinge verringert werden, so daß das fotoempfindliche Element gegen eine Beschädigung durch das Ladeelement 12 geschützt ist.
Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel das Ladeelement aus Gummi hergestellt wird, wird die Oberflächenschicht des Ladeelements vorzugsweise aus einem Harz mit Ablöseeigenschaft in bezug auf das Bildträgermaterial hergestellt, da dann vermieden werden kann, daß das in dem Gummi enthaltene Erweichungsmittel aussickert und auf dem Bildträgermaterial in Form eines Films aus einem Toner auf dem Bildträgermaterial abgelagert wird und daß ein Flecken an dem Bild entsteht. Insbesondere wird bei den vorangehenden Beispielen als Oberflächenschicht des Ladeelements mit guten Vorteilen das Nylonharz mit Ablöseeigenschaft gebildet.
Es wird der Zusammenhang zwischen dem spezifischen Volumenwiderstand und der Dicke der Oberflächenschicht des Ladeelements beschrieben, das mit dem Bildträgermaterial in Berührung gebracht wird, welches ein zu ladendes Element ist. In der folgenden Beschreibung wird die Potentialänderung an einem jeweiligen Abschnitt dann, wenn dem Ladeelement eine überlagerte Gleich- und Wechselspannung zugeführt wird, als äquivalent zu der Änderung hinsichtlich des Übergangszustands in dem Fall bewertet, daß an das Ladeelement eine Gleichspannung angelegt wird.
Wenn gemäß der vorangehenden Beschreibung das fotoempfindliche Element ein feines Loch hat, entsteht eine Funkenentladung, durch die von dem Ladeelement zu dem feinen Loch ein übermäßiger Strom fließt, was zur Folge hat, daß das fotoempfindliche Element nicht geladen wird. Dies ist deshalb der Fall, weil der Strom so stark ist, daß er über die Leistungsfähigkeit der Spannungsquelle für das Ladeelement hinausgeht und daher die von der Spannungsquelle abgegebene Spannung in einem derartigen Ausmaß absinkt, daß das Laden der fotoempfindlichen Trommel verhindert ist.
Als Maßnahme zum Berücksichtigen der Funkenentladung wird eine große Leistungsfähigkeit der Spannungsquelle gewählt, so daß deren Ausgangsspannung selbst dann nicht wesentlich abfällt, wenn das Ladeelement dem feinen Loch gegenübersteht, was einen Strom ergibt, der stärker als der normale Strom ist.
Die Spannungsquelle genügt dann vorzugsweise der Bedingung
P > E²/R (4)
wobei P die Leistungsfähigkeit der Spannungsquelle ist, R der Widerstand der Ladewalze an dem feinen Loch ist und E die Spannung der Spannungsquelle ist.
Aus der Definition des spezifischen Volumenwiderstands ergibt sich folgendes:
R = ρ(l/A) (5)
ρ: Spezifischer Volumenwiderstand einer hochohmigen Schicht an der Berührungsfläche zwischen dem Ladeelement und dem zu ladenden Element.
l: Dicke der hochohmigen Schicht des Ladeelements.
A: Querschnittsfläche eines feinen Loches.
Hierbei ist die hochohmige Schicht eine Schicht mit einem Widerstand, der ausreichend größer als der Widerstand der dahinterliegenden Schicht ist, so daß deren Widerstand vernachlässigbar klein im Vergleich zu der hochohmigen Schicht ist. Die hochohmige Schicht ist hier als eine Schicht mit einem Widerstand definiert, der nicht niedriger als das 10³-fache des Widerstands der dahinterliegenden Schicht ist. In diesem Fall ist der Widerstand des Ladeelements als gleich dem Widerstand der hochohmigen Schicht anzusehen. Es ergibt sich dann folgendes:
ρl > (E²/P)A.
Wenn dieser Bedingung genügt ist, tritt durch die Funkenentladung kein unzureichendes Laden auf, wenn ρ und l der vorstehenden Bedingung entsprechen. Beispielsweise ergibt sich bei A = (1·10&supmin;³)² (m²), E mit einer Gleichspannungskomponente von -750 V und einer Wechselspannungskomponente von 1500 V (Vpp) und P von 10 W das folgende:
ρl > (-750)²+(1500/2/ 2)²/10 · (1·10&supmin;³)² = 8.44·10&supmin;² ohm·m² (7)
Wenn beispielsweise die Dicke l der hochohmigen Schicht an einem Berührungsbereich zwischen dem Ladeelement und dem zu ladenden Element 3,0 mm beträgt, ergibt sich folgendes:
ρ > 2,81·10¹ Ohm·m (8)
Im Falle der in Fig. 4 dargestellten Ladewalze ist der Widerstand vorzugsweise hoch, um das Ableiten über das feine Loch der fotoempfindlichen Trommel zum verhindern. Durch Versuche der Anmelderin wurde festgestellt, daß in Anbetracht der Verringerung des Widerstands durch Feuchtigkeitsaufnahme durch die Ladewalze unter Bedingungen hoher Feuchtigkeit der Widerstand der Ladewalze an dem Walzenspalt zwischen der Ladewalze und der fotoempfindlichen Trommel vorzugsweise ungefähr 1,14·10¹&sup0; Ohm beträgt.
Versuche haben jedoch gezeigt, daß dann, wenn die an die Ladewalze mit diesem Widerstand angelegte Spannung eine Wechselspannung mit 1600 Vpp ist, über die Spannungsquelle nur 0,05 uA fließen. Infolgedessen ist die Wechselspannung nicht zum gleichförmigen Laden des fotoempfindlichen Elements wirksam und es ergibt sich daher die ungleichförmige Entladung.
Es wurde dann eine Ladewalze 2 mit Dreischichtenaufbau gemäß Fig. 3 verwendet. Die Innenschicht 2b der Ladewalze 2 wurde aus einem Material mit dem spezifischen Volumenwiderstand von 10¹ Ohm·m hergestellt und das Material der Außenschicht 2c (der hochohmigen Schicht) wurde derart gewählt, daß der Widerstand an dem Walzenspaltbereich (die Summe der Innenschicht und der Außenschicht) im wesentlichen gleich dem Widerstand (1,14·10¹&sup0; Ohm) der einzelnen Schicht war.
Die Außenschicht 2c hat dann einen höheren spezifischen Volumenwiderstand und zugleich ergibt sie auch eine elektrostatische Kapazität.
Als Ergebnis betrug bei Versuchen der Wechselstrom durch die Ladewalze 0,6 mA. Die Ungleichförmigkeit des Ladens der fotoempfindlichen Trommel war ausgeschaltet. Der Grund dafür ist darin zu sehen, daß gemäß dem Modell in Fig. 6 die Ladewalze die Isolierschicht und auch elektrostatische Kapazität hat, so daß selbst dann, wenn der Widerstand R groß ist, der Wechselstrom über die Kapazität C fließt. Zu diesem Zweck ist gemäß der vorangehenden Beschreibung die Impedanz (1/2πfC) der Kapazität C vorzugsweise kleiner als der Widerstand R. Es ist ferner zweckdienlich, wenn die elektrostatische Kapazität des Ladeelements größer als diejenige des zu ladenden Elements ist.
Die hochohmige Schicht in dem Berührungsbereich zwischen dem Ladeelement und der fotoempfindlichen Trommel ist nicht auf den Fall eingeschränkt, daß die Schicht 2c eine einzelne Schicht gemäß Fig. 3 ist, so daß die Schicht vielmehr Mehrschichtenaufbau haben kann. Die Schicht enthält beispielsweise eine Schicht aus Nylon oder AMILAN oder dergleichen in Berührung mit der Trommel und eine dahinterliegende Schicht aus LBR oder einem anderen Gummi.
Falls die Maßnahme zum Berücksichtigen der durch ein größeres feines Loch hervorgerufenen Funkenentladung und die Maßnahme für das Verringern der Ungleichförmigkeit des Ladens durch Zuführen eines stärkeren Wechselstroms in Betracht gezogen werden, werden der Widerstand und die elektrostatische Kapazität der Ladewalze an dem Walzenspalt vorzugsweise stärker eingeschränkt.
Es wurde daher das Material für die Außenschicht 2c der Ladewalze weiter untersucht. In Abhängigkeit von dem Material wird das Oberflächenpotential der Ladewalze allmählich mit der Drehung der Walze geringer und letztlich kann die fotoempfindliche Trommel nicht auf die vorbestimmte Spannung aufgeladen werden.
Zum Bestimmen des richtigen Bereichs für den Widerstand und die elektrostatische Kapazität der Außenschicht 2c der Ladewalze 2 wurde durch Berechnung die Änderung des Oberflächenpotentials der Ladewalze 2 auffolgende Weise ermittelt:
Zuerst wurde unter Anwendung der Äquivalenzschaltung die Spannungsänderung bei einer vollen Umdrehung der Ladewalze ermittelt. Als nächstes wurde ein Sättigungs- Oberflächenpotential der Oberfläche der Ladewalze in dem Fall ermittelt, daß die integrierte Umdrehungsanzahl unendlich ist, d. h., der Bilderzeugungsvorgang fortgesetzt ausgeführt wird. Ferner wird empirisch das Oberflächenpotential der Ladewalze bestimmt, mit dem die fotoempfindliche Trommel geladen werden kann. Danach werden für die Außenschicht 2c der Ladewalze die Bereiche für den Widerstand und die elektrostatische Kapazität bestimmt, die den vorstehenden Ausführungen genügen.
Die Fig. 20 zeigt eine Äquivalenzschaltung, die durch die Ladewalze 2 und die fotoempfindliche Trommel 1 hinsichtlich der in Fig. 3 gezeigten Ladewalze 2 gebildet ist. Hierbei sind für eine Simulation, die besser ist als die Simulation nach Fig. 6, der Widerstand der fotoempfindlichen Trommel und die Ladeanfangsspannung der fotoempfindlichen Trommel gegenüber der Ladewalze berücksichtigt.
In Fig. 20 sind C1, R1 die elektrostatische Kapazität und der Widerstand der fotoempfindlichen Trommel 1 an dem Walzenspaltbereich, C2 und R2 die elektrostatische Kapazität und der Widerstand der Ladewalze 2 an dem Walzenspalt, R3 ein Ladewiderstand, E1 die angelegte Spannung und E2 eine Potentialdifferenz zwischen der Oberfläche der Ladewalze und der Trommeloberfläche bei dem Beginn des Ladens der fotoempfindlichen Trommel, wenn die Gleichspannung der Ladewalze allmählich erhöht wird und die fotoempfindliche Trommel das Oberflächenpotential 0 V hat. Dies ist der Fall, wenn die Entladung von der Walze zu der Trommel beginnt und der Strom ist zu diesem Zeitpunkt nahezu gleich 0, so daß daher an der Walze selbst kein Spannungsabfall entsteht. Daher kann E2 als die vorstehend beschriebene Ladeanfangsspannung betrachtet werden. In Fig. 20 sind V1 und V2 die an der fotoempfindlichen Trommel 1 und der Ladewalze 2 anliegenden Spannungen, SW ist ein Schalter, der geschlossen ist, wenn ein bestimmter Abschnitt des Umfangs der Ladewalze zu dem Walzenspalt gelangt, und der geöffnet ist, wenn dieser von dem Walzenspalt entfernt ist.
Die Fig. 21 zeigt die sich aus der Äquivalenzschaltung in Fig. 20 ergebende Änderung des Oberflächenpotentials (E1- V2) der Ladewalze. In dieser Figur ist t&sub1; die Zeit, die die Ladewalze zum Durchlaufen des Walzenspalts benötigt, und t&sub2; die Zeit, die die Ladewalze für das Drehen um eine volle Umdrehung benötigt.
Es wird ein bestimmter Abschnitt der Ladewalze bezeichnet und der Zeitpunkt 0 ist der Zeitpunkt, an dem der bestimmte Abschnitt dem zwischen der fotoempfindlichen Trommel und der Ladewalze gebildeten Walzenspalt durch die Drehung näherkommt und die Entladung beginnt. Der Zeitpunkt t&sub1; ist der Zeitpunkt, an dem sich der bestimmte Abschnitt von dem Walzenspalt entfernt und die Entladung endet. Während dieser Zeitdauer ist der Schalter SW als geschlossen zu betrachten.
Nachdem die Ladewalze 2 über eine volle Umdrehung gedreht hat, beginnt zu dem Zeitpunkt t&sub2; die Entladung an dem Walzenspaltbereich. Während der durch t&sub1; ≤ t ≤ t&sub2; dargestellten Zeitdauer ist die Ladewalze 2 von dem Walzenspalt entfernt, so daß keine Entladung auftritt und der Schalter SW geöffnet ist. Während dieser Zeitdauer wird die elektrische Ladung q&sub2; in der Kapazität C2 durch Entladen über den Widerstand R2 verringert. Dies bedeutet, daß die Ladewalze 2, die elektrisch geladen wurde, durch Abfließen des Stroms elektrisch entladen wird, d. h., die Restladung entfernt wird.
Falls während des Drehens der Ladewalze um eine volle Umdrehung ein Teil der Ladewalze vollständig entladen wird, wird die Spannung V2 zwischen dem Metallkern der Ladewalze und dem genannten einen Abschnitt zu 0, wodurch das Oberflächenpotential E1 - V2 an dem Abschnitt zu E1 wird. Falls jedoch gemäß Fig. 21 eine Restladung verbleibt, wenn der Abschnitt nach einer vollen Umdrehung den Walzenspalt erreicht, und das Oberflächenpotential nicht auf E1 zurückkehrt, sammelt sich während der zweiten, der dritten und den nachfolgenden Umdrehungen die Restladung an der Ladewalze an und daher steigt allmählich die an der Ladewalze unmittelbar vor dem Walzenspalt anliegende Spannung V2 an. Daher wird allmählich das Oberflächenpotential V1 der fotoempfindlichen Trommel geringer. Genau genommen tritt die elektrische Entladung auf, wenn die Ladewalze und die fotoempfindliche Trommel mit einem kleinen Zwischenraum beabstandet sind, und der Ladebereich hat daher eine Breite, die etwas größer als der zwischen der Ladewalze und der fotoempfindlichen Trommel gebildete Walzenspalt. Ein solchem Bereich kleinen Zwischenraums ist jedoch ausreichend vernachlässigbar klein im Vergleich zu der Walzenspaltbreite und daher wird der Ladebereich als gleich dem Walzenspalt betrachtet.
Die an der Ladewalze bei t = 0 anliegende Spannung V2 ist folgendermaßen auszudrücken:
(E1-E2)C1 + V2(o)C2/C1+C2 (9)
wobei V2(o) eine Anfangsspannung der Ladewalze ist, nämlich eine Spannung der Ladewalze in dem Fall ist, daß vor Beginn der Drehung der Ladewalze die vorherige Ladung zurückgehalten ist.
Die Spannung der Ladewalze an dem Walzenspalt ist:
R2(E1-E2)/R1+R2 - (C2(E1-E2)-V2(o)/C1+C2 - R1(E1-E2)/R1+R2)exp X (10)
wobei
X = - (R1+R2)t/(C1+C2)R1R2
gilt.
Wenn der in Betracht gezogene Abschnitt wieder in den Walzenspalt gelangt, nachdem er zunächst aus dem Walzenspalt herausgetreten war, ist die Spannung an der Ladewalze:
R2(E1-E2)/R1+R2 +(R1(E1-E2)/R1+R2 - C2(E1-E2-V2(o)V/C1+C2)exp X exp Y (11)
X = (R1+R2)t1/(C1+C2)R1R2
Y = -t/R2C2
Mit der Drehung der Ladewalze ändert sich die Spannung der Ladewalze derart, daß die vorstehenden Gleichungen (9), (10) und (11) erfüllt sind.
Das Oberflächenpotential der Ladewalze zu der Zeit, an der der in Betracht gezogene Abschnitt von dem Walzenspalt entfernt ist, ist in Fig. 21 durch eine strichpunktierte Linie dargestellt.
In dem Fall, daß die Anzahl der Umdrehungen der Ladewalze unendlich ist, ist die Endspannung V2(n= ) zu dem Zeitpunkt, an dem der Abschnitt von dem Walzenspalt entfernt ist, durch folgenden Ausdruck gegeben:
In Fig. 21 sind mit (9) bis (12) diejenigen Teile bezeichnet, die durch die vorstehenden Gleichungen (9) bis (12) dargestellt sind. Die strichpunktierten Linien mit zwei Punkten stellen die Änderung des Oberflächenpotentials der fotoempfindlichen Trommel dar. Dieses ist immer um E2 niedriger als das Oberflächenpotential (E1-V2) der Ladewalze.
Die Fig. 21 veranschaulicht den Fall, daß der Absolutwert des endgültigen (Sättigungs-)Oberflächenpotentials (E1- V2(n= )) der Ladewalze höher als der Absolutwert der Potentialdifferenz E2 zwischen der Oberfläche der Ladewalze und der Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel zu Beginn des Ladens der fotoempfindlichen Trommel ist. Dies bedeutet, daß der Widerstand und die elektrostatische Kapazität der Außenschicht 2c der Ladewalze dazu ausreichend sind, die elektrische Ladung von der Ladewalze zu der fotoempfindlichen Trommel zu bewegen.
Wenn das Sättigungs-Oberflächenpotential der Ladewalze bei Versuchen gemessen werden soll, wird die fotoempfindliche Trommel kontinuierlich geladen und deren Potential wird an der Stelle gemessen, an der ein betrachteter Bereich aus dem Walzenspalt heraustritt, und die Meßergebnisse werden in einer grafischen Darstellung von Potential gegen Zeit aufgetragen. Das Potential erreicht allmählich das Endpotential und eine Asymptote wird als Sättigungspotential bestimmt. Aus der vorstehenden Gleichung (12) wird der Bereich folgendermaßen bestimmt:
Beispielsweise ist die angelegte Spannung E1 gleich -1300 V, der Widerstand R1 der fotoempfindlichen Trommel an dem Walzenspalt ist 4,00·10¹² Ohm und die elektrostatische Kapazität C1 ist 3,10·10&supmin;¹&sup0; F.
Durch tatsächliche Messungen werden die Zeiten t&sub1; und t&sub2; folgendermaßen ermittelt:
t&sub1; = (Walzenspaltbreite)/(Umfangsgeschwindigkeit der Ladewalze) = 1 (mm)/22 (mm/s) = 4,54·10² (s) und
t&sub2; = Umdrehungsdauer der Ladewalze = (Umfangslänge der Ladewalze)/(Umfangsgeschwindigkeit der Ladewalze) = 12 (mm) ·π/22 (mm/s) = 1,71 (s)
Die Potentialdifferenz E2 zwischen der Oberfläche der Ladewalze und der Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel bei dem Beginn des Ladens der fotoempfindlichen Trommel wird zu -560 V (= E2) gemessen. Das fotoempfindliche Element war ein fotoempfindliches OPC-Element. Die Spannung ist von der Polarität der angelegten Spannung und der elektrostatischen Kapazität des fotoempfindlichen Elements abhängig.
Unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen können aus der vorstehenden Gleichung (12) die Bereiche für den Widerstand R2 und die elektrostatische Kapazität abgeleitet werden, die der Bedingung genügen, daß dann, wenn die Ladewalze kontinuierlich betrieben wird und über eine unendliche Anzahl von Umdrehungen dreht, das Oberflächenpotential der Ladewalze nicht niedriger als der Wert E2 ist, der die Potentialdifferenz zwischen der Walzenoberfläche und der Trommeloberfläche zum Zeitpunkt des Ladungsbeginns ist. Das Ergebnis der Berechnung ist in Fig. 22 dargestellt.
In Fig. 22 sind mit "o" der Widerstand R2 und die Kapazität C2 bezeichnet, bei denen die Spannungsdifferenz (E1-V2) größer als die Spannung E2 ist, und mit "x" sind der Widerstand R2 und die Kapazität C2 bezeichnet, bei denen die Spannungsdifferenz (E1-V2) kleiner als die Spannung E2 ist.
Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß die Spannung (E1-V2) größer als die Spannung E2 ist, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
1) Wenn C2 ≥ 10-2,1 (F); R2 ≤ 10¹&sup5; Ohm,
2) wenn 10-2,1 (F) > C2 ≥ 10&supmin;&sup9; (F); R2 ≤ 10¹² (Ohm) und
3) wenn C2 < 10&supmin;&sup9; (F); R2 ≤ 10&sup4;/C2
Aus der vorstehenden Gleichung (7) wird bei 1 = 100 um der spezifische Volumenwiderstand ρ folgendermaßen abgeleitet:
ρ > 8,44 · 10&supmin;² · (100·10&supmin;&sup6;)&supmin;¹ = 8,44·10² (Ohm·m) (14)
Der Widerstand R2 an dem Walzenspaltbereich in dem Fall, daß die Außenschicht 2c den spezifischen Volumenwiderstand hat, der der vorangehenden Betrachtung genügt, daß der Widerstand der Schicht hinter der hochohmigen Schicht ausreichend kleiner als derjenige der hochohmigen Schicht ist und daher vernachlässigbar klein ist, wird folgendermaßen ermittelt:
R2 = ρ/2πL · ln r2/r1 · 2πr2/d
r1: Radius der Innenseite der Oberflächenschicht
r2: Radius der Walze
d : Walzenspaltbreite
L : Länge der Walze
Aus der Gleichung (14) ergibt sich
Aus den Ergebnissen (1), (2) und (3) ergibt sich daher der Bereich für den Widerstand R2 folgendermaßen:
4) Wenn C2 ≥ 10-2,1 (F): 3,87·10 (Ohm) < R2 ≤ 10¹&sup5; (Ohm)
5) wenn 10-2,1 (F) > C2 ≥ 10&supmin;&sup9; (F): 3,87·10² (Ohm) < R2 ≤ 10¹² (Ohm)
6) wenn C2 < 10&supmin;&sup9; (F): 3,87·10² (Ohm) < R2 ≤ 10&sup4;/C2
Wenn für die Außenschicht 2c der Ladewalze 2 das Zelluloseacetat mit einer Dicke von 25 um verwendet wird, welches in der "o"-Zone in Fig. 22 liegt (R2 = 1,14·10¹&sup0; Ohm, C2 = 3,89·10&supmin;¹&sup0;), werden als nächstes die folgenden Ergebnisse erhalten: Wenn bei E1 = -1300 V die fotoempfindliche Trommel 1 kontinuierlich dreht, wird das Sättigungspotential zu -380 V gemessen, was im wesentlichen mit dem aus der Gleichung (12) erhaltenen Oberflächenpotential von -378 V der fotoempfindlichen Trommel übereinstimmt. Dies beweist, daß die Äquivalenzschaltung richtig ist. Bei der Äquivalenzschaltung ist die Spannung El eine Gleichspannung, jedoch ist bei Betrachtung einer pulsierenden Spannung die Spannung El ein Effektivwert derselben.
Selbst wenn an der fotoempfindlichen Trommel ein feines Loch erzeugt wurde, trat kein Ableiten auf und es wurden gleichförmige und stabilisierte Ladungen und Bilder erzielt.
Bei der Beschreibung hat das Ladeelement die Form einer Walze, aber gemäß Fig. 23 hat die Außenschicht 2c (die hochohmige Schicht) der Ladewalze 2 die Form eines Bandes. Mit dieser Anordnung wird die Zeit für das Verteilen der Restladung in der Außenschicht 2c verlängert, so daß die Wiederherstellung der Ladefähigkeit gefördert ist. Als Ergebnis darf der Widerstand des Materials der Außenschicht 2c noch größer werden, was einen breiteren Spielraum hinsichtlich der Materialwahl ergibt. Fall es ferner die Form eines Bandes hat, kann die Ladebreite größer werden, um das Laden sicherzustellen.
Gemäß Fig. 24 kann die Innenschicht 2b der Ladewalze die Form von hohlen Waben oder schwammartige Form haben. In diesem Fall ist es möglich, daß auf einfache Weise eine verhältnismäßig große Walzenspaltbreite erzielt wird, und es können daher die Vorteile erzielt werden, die sich durch die Bandform ergeben.
Im vorstehenden wurde als Beispiel ein feines Loch mit einer Fläche von 1 mm² beschrieben, jedoch ist im Falle einer Bilderzeugung mit hoher Qualität ein feines Loch mit einer Fläche von 0,01 mm² (0,1 mm·0,1 mm) in Betracht zu ziehen. Es ist ersichtlich, daß in diesem Fall die Ungleichung (6) folgendermaßen auszudrücken ist:
ρl > E² · (0,1·10&supmin;³)²/P (Ohm·m²)
Bei der vorangehenden Beschreibung war die Polarität der externen Spannung negativ, jedoch gilt das gleiche in dem Fall, daß die Spannung positiv ist.
Das fotoempfindliche Element ist nicht auf das fotoempfindliche OPC-Element eingeschränkt und es kann ein fotoempfindliches Element aus amorphem Silicium oder Selen oder dergleichen verwendet werden. Das fotoempfindliche Element ist nicht auf die Form einer Trommel eingeschränkt, sondern kann die Form eines Bandes oder Blattes haben.
Das zu ladende Element ist nicht auf das fotoempfindliche Element eingeschränkt und es kann eine isolierende Trommel ohne die fotoleitfähige Schicht verwendet werden.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird in der Aufladevorrichtung, in der die mit der Spannung gespeiste Aufladeeinrichtung mit dem zu ladenden Element in Berührung gebracht wird, um das Laden auszuführen, der Leckstrom von der Aufladeeinrichtung zu dem zu ladenden Element verhindert und es entsteht daher kein ungeladener Bereich des Elements.
Es ist auch möglich, das zu ladende Element gleichförmig zu laden. Ferner kann bei dem wiederholten Betreiben der Aufladeeinrichtung die Ladefähigkeit der Aufladeeinrichtung aufrecht erhalten werden.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf die hier beschriebenen Anordnungen beschrieben wurde, ist sie nicht auf die angeführten Einzelheiten beschränkt und diese Anmeldung soll Abwandlungen oder Änderungen abdecken, die in den Rahmen der nachstehenden Ansprüche fallen.

Claims

1. Aufladevorrichtung zum Aufladen eines aufladbaren sich bewegenden Elements (1), mit

einer Aufladeeinrichtung (2), welche zum Aufladen des Elements (1) mit dem Element (1) in Verbindung gebracht wird, und

einer Einrichtung (E) zum Anlegen einer pulsierenden Spannung, deren Spitze-Spitze-Wert nicht kleiner ist als das Zweifache einer Schwellenspannung, die der kleinsten Gleichspannung entspricht, die, an die Aufladeeinrichtung (2) angelegt, das Aufladen des sich bewegenden Elements (1) bewirken würde, dadurch gekennzeichnet, daß

die Aufladeeinrichtung (2) ein Kernelement (2a), eine das Kernelement umgebende leitfähige Schicht (2b) und eine die leitfähige Schicht (2b) umgebende und mit dem aufladbaren Element (1) verbindbare Kontaktschicht (2c) aufweist, wobei die Kontaktschicht (2c) eine dielektrische Schicht besitzt, deren spezifischer elektrischer Volumenwiderstand größer ist als der der leitfähigen Schicht (2b).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kapazitive Blindwiderstand der Aufladeeinrichtung (2) wesentlich kleiner als deren ohmscher Widerstand ist.

3. Aufladevorrichtung zum Aufladen eines aufladbaren sich bewegenden Elements (1), mit

einer Aufladeeinrichtung (2), welche zum Aufladen des Elements (1) mit dem Element (1) in Verbindung gebracht wird, und einer Einrichtung (E) zum Anlegen einer pulsierenden Spannung an die Aufladeeinrichtung (2), dadurch gekennzeichnet, daß

die Aufladeeinrichtung (2) eine dielektrische Oberflächen-Kontaktschicht (2c) zum Kontaktieren eines Kontaktbereichs des Elements (1) einschließt, und

der kapazitive Blindwiderstand der Aufladeeinrichtung (2) wesentlich kleiner als ihr ohmscher Widerstand ist.

4. Aufladevorrichtung zum Aufladen eines aufladbaren sich bewegenden Elements (1), mit

einer Aufladeeinrichtung (2), welche zum Aufladen des Elements (1) mit dem Element (1) in Verbindung gebracht wird, und einer Einrichtung (E) zum Anlegen einer Spannung an die Aufladeeinrichtung (2), dadurch gekennzeichnet, daß

die Aufladeeinrichtung (2) eine Kontaktschicht mit hohem Widerstand in einem Bereich aufweist, in dem sie mit dem aufladbaren Element (1) verbunden wird, und

daß die folgende Bedingung erfüllt ist:

el > E² · (0,1 · 10&supmin;³)²/P(ohm·m²),

wobei e ein spezifischer Volumenwiderstand (ohm·m) der Kontaktschicht mit hohem Widerstand, l eine Dicke (m) der Kontaktschicht mit hohem Widerstand (2c), E die durch die Spannungsversorgungseinrichtung (E) angelegte Spannung (V), und P eine Leistungskenngröße (W) einer Spannungsquelle (V) der Spannungsversorgungseinrichtung (E) ist,

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand R2 der Aufladeeinrichtung an einer Berührungsstelle der Aufladeeinrichtung und des aufladbaren Elements (1) und die elektrostatische Kapazität C2 der Aufladeeinrichtung (2) der Bedingung

genügen, wobei

E1-V2(n= ) die Sättigungsspannung der Aufladeeinrichtung (2), E1 eine an die Aufladeeinrichtung (2) angelegte Spannung (V), C1 die elektrostatische Kapazität des aufladbaren Elements (1) an der Berührungsstelle, R1 ein Widerstand des aufladbaren Elements (1) an der Berührungsstelle,

t1 = (Breite der Berührungsstelle/Umfangsgeschwindigkeit der Aufladeeinrichtung (2)),

t2 = (Umfangslänge der Aufladeeinrichtung (2)/ Umfangsgeschwindigkeit der Aufladeeinrichtung (2)),

und E2 eine Schwellenspannung ist, die der kleinsten Gleichspannung entspricht, die, an die Aufladeeinrichtung (2) angelegt, das Aufladen des sich bewegenden Elements (1) bewirken würde.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht mit hohem Widerstand (2c) eine dielektrische Schicht ist, und daß der kapazitive Blindwiderstand der Aufladeeinrichtung (2) kleiner als deren ohmscher Widerstand ist,

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung eine pulsierende Spannung ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatische Kapazität (C2) der Aufladeeinrichtung (2) wesentlich größer als die elektrostatische Kapazität (C1) des aufladbaren Elements (1) ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung aus einer sich überlagernden Gleich- und Wechselspannung gebildet wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitze-Spitze-Wert der pulsierenden Gleichspannung nicht kleiner ist als das Zweifache einer Schwellenspannung, die der kleinsten Gleichspannung entspricht, die, an die Aufladeeinrichtung (2) angelegt, das Aufladen des sich bewegenden Elements (1) bewirken würde.

11. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht mit hohem Widerstand (2c) der Aufladeeinrichtung in einem Kontaktbereich mit dem aufladbaren Element (1) eine Kunstharzschicht (2c) und eine Gummischicht (2b) unter der Kunstharzschicht beinhaltet.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gummischicht (2b) unter der Kontaktschicht mit hohem Widerstand (2c) vorgesehen ist, und daß ein Kernelement (2a) unter der Gummischicht (2b) vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kernelement (2a) unter der Kontaktschicht mit hohem Widerstand (2c) vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine weitere Schicht (2b) unter der Kontaktschicht (2c).

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Schicht (2b) der Aufladeeinrichtung (2) eine Gummischicht ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kernelement (2a) innerhalb der weiteren Schicht (2b) der Aufladeeinrichtung (2) vorgesehen ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Schicht (2b) der Aufladeeinrichtung (2) ein Kernelement ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3, 4, 5, 14, 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht (2c) der Aufladeeinrichtung (2) eine Gummischicht ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3, 4, 5, 14, 15, 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht (2c) der Aufladeeinrichtung (2) eine Kunstharzschicht ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht (2c) der Aufladeeinrichtung (2) eine Nylon-Kunstharzschicht ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Schicht (2b) der Aufladeeinrichtung (2) eine Gummischicht ist.

22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladeeinrichtung (2) die Form eines drehbaren Zylinders besitzt.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Aufladeeinrichtung (2) der Bewegung des Elements folgend dreht.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladeeinrichtung (2) die Form einer Klinge besitzt.

25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aufladbare Element (1) ein bildtragendes Element ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das bildtragende Element ein lichtempfindliches Element ist.

27. Eine bildgebende Vorrichtung, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

28. Eine Verarbeitungskartusche zur Verwendung in einer bildgebenden Vorrichtung nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch ein aufladbares Element (1) und eine Aufladeeinrichtung (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.