Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Ladungszuführvorrichtung vom Kontakttyp, wie sie
beispielsweise in bilderzeugenden Vorrichtungen, wie
Druckern, Videodruckern, Facsimile-Geräten, Kopiergeräten
oder einer Anzeigevorrichtung vorkommt, insbesondere eine
Kontaktlade- und eine Kontaktübertragungsvorrichtung, wie sie
in bilderzeugenden Geräten verwendet wird.
Speziell betrifft die Erfindung eine
Kontaktladungszuführvorrichtung zum Steuern der Ladungen,
welche auf ein zu ladendendes Element übertragen werden,
indem ein Kontaktelement, welches mit einer externen Spannung
versorgt wird, mit dem zu ladenden Element in Kontakt
gebracht wird.
In einer bilderzeugenden Vorrichtung auf der Basis eines,
elektrostatischen Elektrofotografiersystems wird ein latentes
elektrostatisches Bild auf einer Fotorezeptortrommel erzeugt,
das latente Bild zieht Toner an, und das erzeugte Tonerbild
wird auf ein Aufzeichnungsmedium für die Bildübertragung
übertragen.
Die in dem Elektrofotografiersystem verwendete
Fotorezeptortrommel ist so aufgebaut, daß auf der Oberfläche
der Trommel als Basis eine Unterschicht ausgebildet ist, und
auf der Fotorezeptorschicht, deren elektrische Leitfähigkeit
sich in Abhängigkeit von Licht verändert, der Fotorezeptor
ausgebildet ist. In einigen Fällen befindet sich die
Fotorezeptorschicht auch direkt auf der Oberfläche der
Trommel, ohne daß eine Unterschicht verwendet wird.
Die Trommel ist aus einem derartigen Metall aufgebaut,
welches die geforderte Steifigkeit aufweist und das Ausbilden
eines harten, elektrisch isolierenden Films auf deren
Oberfläche leicht ermöglicht. Ein Metall, das diese Ansprüche
erfüllt, ist Aluminium. Die Unterschicht ist üblicherweise
ein Oxidfilm oder ein elektrisch nicht leitender Film,
welcher auf der Oberfläche der Trommel ausgebildet ist.
Ein organisches oder anorganisches Material, das als
Fotorezeptorschicht verwendet wird, zeigt elektrische
Isoliereigenschaften in solch einem Ausmaß, daß es Ladungen
zurückhält, wenn sie nicht dem Licht ausgesetzt ist, und daß
es Ladungen abgibt, wenn es Licht ausgesetzt ist. Wenn die
Fotorezeptorschicht ein organisches Material ist, wird diese
gebildet, indem die Trommel mit der darauf ausgebildeten
Unterschicht in eine Präparationsflüssigkeit eingetaucht
wird, welche durch Auflösen des organischen Materials in
einem Lösungsmittel gebildet worden ist. Wenn die
Fotorezeptorschicht aus einem anorganischen Material
hergestellt wird, erfolgt dies durch Bedampfen des
organischen Materials auf die auf einer Trommel ausgebildeten
Unterschicht.
Die so aufgebaute Fotorezeptorschicht wird mittels eines
festgelegten Potentials durch eine Koronaladevorrichtung,
eine Kontaktladevorrichtung oder ähnliches geladen. Unter
dieser Bedingung wird die Fotorezeptorschicht auf der Trommel
Lichtstrahlen oder einem optischen Bildmuster gemäß Bilddaten
ausgesetzt, um darauf ein latentes elektrostatisches Bild zu
formen. Die elektrischen Widerstandswerte werden nur in den
Bereichen der Fotorezeptorschicht, die dem Licht ausgesetzt
sind, selektiv reduziert, so daß die auf der Oberfläche
befindlichen Ladungen verschwinden und das Potential darauf
abnimmt.
Dann wird geladener Toner mit der das latente
elektrostatische Bild tragenden Fotorezeptorschicht in
Kontakt gebracht, so daß der Toner nur von Bereichen
angezogen wird, die dem Licht ausgesetzt oder nicht
ausgesetzt sind, und zwar mittels einer elektrostatischen
Kraft, wodurch ein Tonermuster auf der Fotorezeptorschicht
gebildet wird.
Dann wird ein Aufzeichnungsmedium für die Bildübertragung in
Richtung auf die Oberfläche der Fotorezeptortrommel synchron
mit der Drehung der das Tonerbild auf der Oberfläche
tragenden Trommel bewegt. Dann wird das Aufzeichnungsmedium
für die Bildübertragung mit einer Polarität entgegengesetzt
zur Polarität des geladenen Toners geladen. Das Tonermuster
auf der Trommel wird von dem Aufzeichnungsmedium für die
Bildübertragung angezogen, so daß das Tonermuster auf dem
Aufzeichnungsmedium für die Bildübertragung aufgezeichnet
wird.
Die Vorrichtung zum Laden der Fotorezeptortrommel, die
Entladevorrichtung zum Entfernen von Restladung auf der
Trommel und die Übertragungsvorrichtung zum Übertragen des
Tonermusters auf das Aufzeichnungsmedium für die
Bildübertragung gehören zu den Vorrichtungen, um Ladungen auf
eine Trommel zu übertragen und diese von der Trommel wieder
zu entfernen. Herkömmlich wird die genannte
Koronaladevorrichtung, welche mittels einer Koronaentladung
geladene Partikel verwendet, in solchen Vorrichtungen
eingesetzt.
Bei der Verwendung von Koronaladevorrichtungen entsteht in
jedem Fall Ozon, welches die Luft verunreinigt. Um dies zu
verhindern, wurden in jüngster Zeit Kontaktladevorrichtungen
und Kontaktübertragungsvorrichtungen, welche nur eine
außerordentlich geringe Menge Ozon erzeugen, verwendet. Bei
der Kontaktladevorrichtung wird eine Bürste aus leitfähigen
Fasern oder eine Walze aus leitendem elastischen Material,
welche mit einer externen Spannung versorgt werden, mit der
Oberfläche der Fotorezeptortrommel in Kontakt gebracht,
während das Kontaktelement, d. h. die Bürste oder die Walze,
in Bezug auf die Trommel bewegt wird. Ein kleiner Funken wird
in dem Zwischenraum zwischen dem Kontaktelement und der
Trommeloberfläche erzeugt, wenn diese sich einander nähern
oder wenn diese sich voneinander trennen. Durch diesen
Vorgang wird die Fotorezeptortrommel geladen.
In der Kontaktübertragungsvorrichtung wird bewirkt, daß eine
Bürste aus leitfähigen Fasern oder eine Walze aus leitfähigem
elastischem Material, welche mit einer externen Spannung
versorgt werden, einander in einem Zustand nahekommen, in dem
das Aufzeichnungsmedium für die Bildübertragung sich
dazwischen befindet. Zu dieser Zeit wird das Kontaktelement
relativ zu der Trommel bewegt. Ein kleiner Funke wird in dem
Zwischenraum zwischen dem Kontaktelement und dem
Aufzeichnungsmedium für die Bildübertragung erzeugt, wenn
sich diese einander nähern oder wenn sich diese voneinander
entfernen. Durch diesen Vorgang wird das auf der
Fotorezeptortrommel befindliche Bild auf das
Aufzeichnungsmedium für die Bildübertragung übertragen.
Wenn das Aufzeichnungsmedium für die Bildübertragung sich
nicht zwischen dem Kontaktelement und der Trommeloberfläche
befindet, wird an dem Kontaktelement eine Spannung angelegt,
um das Kontaktelement zu reinigen, wodurch der auf dem
Kontaktelement befindliche Toner sich auf die
Trommeloberfläche bewegt.
Das Entladephänomen wird ebenfalls in der
Kontaktladevorrichtung und der Kontaktübertragungsvorrichtung
verwendet. Entsprechend wird eine Spannung von etwa 0,5 bis
1,5 kV, welche geringer ist als die Spannung für eine
Koronaentladung, zwischen dem Kontaktelement und der
Fotorezeptortrommel angelegt. Um die Durchschlagspannung von
über 0,5 bis 1,5 kV zu halten, muß die Spannung gleichmäßig
in der Fotorezeptorschicht und der Unterschicht verteilt
werden, um diese nicht zu beschädigen.
Wo die Fotorezeptorschicht einen schadhaften Teil oder Teile
und ein feines Loch oder Löcher mit einem staubartigen daran
befindlichen Material aufweist, z. B. Fremdmaterial, welche
Wege für den Stromfluß zur Verfügung stellen, fließt der
Strom konzentrisch durch diese Stromwege.
Wenn das Kontaktelement mit den schadhaften Teilen oder den
feinen Löchern in Kontakt kommt, bewirkt die an dem
Kontaktelement anliegende Spannung, daß Strom zu dem von den
schadhaften Teilen und dem Fremdmaterial in den feinen
Löchern gebildeten Leitungswegen fließt, da die Inpendanz der
Leitstrecken geringer ist als der übrigen Teile der
Fotorezeptorschicht. Dann tritt kein Entladephänomen zwischen
diesen oder dem Kontaktelement und der Fotorezeptorschicht
auf.
Wenn der durch die feinen Löcher fließende Strom einen
vorbestimmten Wert für einen entsprechenden Schaltkreis
übersteigt, fällt die an dem Kontaktelement oder dem
Ladeelement angelegte Spannung ab, so daß in dem Zwischenraum
zwischen dem Ladeelement und der Fotorezeptorschicht keine
Entladung stattfindet. Das Resultat davon ist, daß nur der
Kontaktbereich des Teils der Fotorezeptorschicht, welcher die
feinen Löcher enthält und sich in axialer Richtung erstreckt,
und welcher sich in Kontakt in dem Ladeelement befindet,
unter einer schwachen Entladung leidet. Der Teil mit der
schwachen Entladung erscheint als weißer Streifen bei der
normalen Entwicklung und als schwarzer Streifen bei der
inversen Entwicklung. Dies vermindert die Bildqualität
erheblich.
Weiterhin ist der konzentrisch in die außerordentlich
geringen Bereiche fließende Strom übermäßig groß. Dieser
übermäßig hohe Strom erhitzt das Ladeelement in diesen
Bereichen und das Fremdmaterial in und um die feinen Löcher.
Die Qualität des Materials des Ladeelements verändert sich
und die feinen Löcher der Fotorezeptorschicht werden
vergrößert, wodurch ernsthafte Probleme in dem Gerät
geschaffen werden.
Um dieses Problem zu lösen, wurde weiterhin eine Technik
eingesetzt, bei welcher der untere Grenzwert des Widerstands
des Ladeelements begrenzt wird, wie dies in den
veröffentlichten ungeprüften japanischen
Patentveröffentlichungen Nr. Sho. 56-132356, 58-49960 und 64-
73365 beispielsweise beschrieben ist. Gemäß einer der
beschriebenen Techniken wird der spezifische
Volumenwiderstand des Ladeelements in einem Bereich zwischen
105 und 1011 (Ω/cm) festgesetzt.
Techniken, welche ein mehrschichtiges Ladeelement verwenden,
so daß der spezifische Volumenwiderstand der äußeren Schicht
größer ist als der der inneren Schicht, wurden in den
veröffentlichten ungeprüften japanischen Patentanmeldungen
Nr. Sho. 64-73364 und Hei. 4-138477 sowie dem US-Patent 5126913
beispielsweise vorgeschlagen.
Insbesondere beschreibt die veröffentlichte ungeprüfte
japanische Patentanmeldung Nr. Hei. 4-138477 ein Ladeelement
mit einer mehrschichtigen Struktur, so daß die
Oberflächenschicht eine anisotrope Leitfähigkeit zeigt und
einen Widerstand von mehr als 105 Ω entlang der Oberfläche
aufweist. Gemäß der US-Patentschrift 5126913 wird eine
Stromquelle mit so großer Kapazität verwendet, daß der
Ausgang der Stromquelle konstant bleibt, selbst wenn sich der
Strom an den feinen Löchern konzentriert.
Es sind viele Vorschläge zu der Technik gemacht worden, eine
Unterschicht zwischen der Fotorezeptorschicht und dem
Trommelkörper anzulegen. Diese Vorschläge diskutieren in der
Hauptsache Verbesserungen der Adhäsion der
Fotorezeptorschicht an der leitfähigen Schicht oder der
Trommel, die Beschichtung der Fotorezeptorschicht und die
Dunkel/Hell-Abklingeigenschaften der Fotorezeptorschicht.
Unter diesen Vorschlägen wird in der veröffentlichten
ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. Sho. 61-179464
eine technische Idee beschrieben, gemäß welcher der untere
Grenzwert des geteilten Ladungspotentials für die
Unterschicht (oder der Zwischenschicht) auf 1 V gestellt
wird, um die Bildung von feinen Löchern in der
Fotorezeptorschicht durch die Entladung zu unterdrücken.
Wenn der Stromfluß in die feinen Löcher einen vorbestimmten
Stromwert für den zugeordneten Schaltkreis überschreitet,
nimmt die an dem Aufnahmemedium für das übertragene Bild
anliegende Spannung auch in der
Kontaktübertragungseinrichtung ebenso wie in der
Kontaktladeeinrichtung ab, so daß in dem Zwischenraum
zwischen dem Aufnahmemedium für das übertragene Bild und dem
Übertragungselement keine Entladung stattfindet. Dies führt
dazu, daß nur der Kontaktbereich eines Teils der
Fotorezeptorschicht, welcher die feinen Löcher aufweist und
sich in axialer Richtung erstreckt, unter einer schlechten
Übertragung leidet. Das Übertragungselement ändert die
Qualität und die feinen Löcher in der Fotorezeptorschicht
vergrößern sich, wodurch möglicherweise schwerwiegende
Probleme an dem Gerät auftreten können.
Durch langwierige Untersuchungen der vorbeschriebenen
bekannten Vorrichtungen bestätigen die Erfinder der
vorliegenden Erfindung die folgenden Tatsachen. Gemäß
herkömmlicher Technik kann das Phänomen nicht unterdrückt
oder ausgeschaltet werden, daß, wenn das Kontaktelement mit
dem fehlerhaften Teil und/oder den feinen Löchern der
Fotorezeptorschicht in Kontakt kommt, ein Strom, welcher im
Überschuß des auf der Basis des für spezifischen
Volumenwiderstands errechneten Stromwerts vorhanden ist, in
die schadhaften Teile und/oder die feinen Löcher fließt. Die
Folge davon ist, daß über die gesamte Kontaktfläche der
Fotorezeptorschicht mit dem Kontaktelement eine schwache
Ladung oder Übertragung unausweichlich stattfindet. Das
erhaltene Bild ist schlecht. Weiterhin ist unvermeidlich, daß
der Strom, der in die feinen Löcher fließt, das
Kontaktelement oder die feinen Löcher der Fotorezeptorschicht
aufheizt, so daß sich das Kontaktelement verschlechtert oder
sich die feinen Löcher vergrößern.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Kontaktladezuführvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche
die Nachteile bekannter Vorrichtungen nicht aufweisen. Diese
Aufgabe löst die Erfindung durch die
Kontaktladezuführvorrichtungen gemäß der unabhängigen
Patentansprüche 1, 2 und 3. Weitere vorteilhafte Aspekte,
Details und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der
Beschreibung, der Beispiele und der Zeichnung.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, welche verhindert,
daß sich die Bildqualität verschlechtert und das
Kontaktelement und die Fotorezeptorschicht durch einen zu
starken, in den schadhaften Teil und die feinen Löcher
fließenden Strom beschädigt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
eine Kontaktübertragungsvorrichtung bereitgestellt, welche
die Verschlechterung der Bildqualität, den fehlerhaften
Betrieb des elektrischen Systems und die Beschädigung der
Vorrichtungsbestandteile verhindert.
Erfindungsgemäß wird eine Kontaktladungszuführvorrichtung zur
Steuerung der Ladungen zur Verfügung gestellt, welche einem
zu ladenden Element zugeführt werden, indem ein
Kontaktelement, an dem eine externe Spannung angelegt ist,
mit dem zu ladenden Element in Kontakt gebracht wird, dadurch
gekennzeichnet, daß eine der folgenden Ungleichungen gilt:
(A) log(R) ≧ log{Rp × (Va - Vt)/Vt} + (α - β) × log(S/s) + γ
× log(i/I)
wobei |Va| < |Vt| ist,
(B) a + b ≧ Va × 106/j
wobei log(a) = log(R) + (β - γ) × log(S/s) - γ × log(j/I)
und
log(b) = log(Rp) + α × log(S/s) ist,
(C) log(R) ≧ log(Va × 106/k) + (γ - β) × log(S/s) + γ ×
log(k/I) ist.
In den vorgenannten Ungleichungen ist
Va(V): Die an ein Kontaktelement angelegte Spannung, die mit
dem zu ladenden Element in Kontakt steht.
I(µA): Der von dem Kontaktelement zu dem zu ladenden Element
fließende Strom.
S(cm2): Der Kontaktbereich des zu ladenden Elements und des
Kontaktelements.
R(Ω): Der Widerstand des Kontaktelements, wenn der Strom I(µ
A) in einen Bereich eingespeist wird, welcher der
Kontaktfläche S(cm2) des Kontaktelements entspricht.
γ: Stromabhängigkeit des Widerstands des Kontaktelements,
1 - β: Die Flächenabhängigkeit des Widerstands des
Kontaktelements,
s(cm2): Die Fläche eines fehlerhaften Teils des zu ladenden
Elements,
Vt(V): Die Durchschlagspannung einer Unterschicht,
i(µA): Der Strom, welcher in einem Bereich der Unterschicht
fließt, welcher dem Kontaktbereich S(cm2) entspricht, wenn
eine gegenüber der Durchschlagspannung Vt(V) geringfügig
kleinere Spannung an diesen Bereich angelegt wird,
Rp(Ω): Der Widerstand der Unterschicht, wenn der Strom i(µA)
in den Bereich der Unterschicht fließt, welcher den
Kontaktbereich S(cm2) entspricht, wenn eine gegenüber der
Durchschlagspannung Vt(V) geringfügig kleinere Spannung an
diesen Bereich angelegt wird,
j(µA): Der Strom, der in einem Bereich der Unterschicht
fließen kann, welcher dem fehlerhaften Teilbereich s(cm2)
entspricht,
k(µA): Der in einem fehlerhaften Teil des zu ladenden
Elements fließende Strom und
1 - α: Die Flächenabhängigkeit des Widerstands der
Unterschicht.
Falls unter den vorgenannten Bedingungen das zu ladende
Element geladen oder entladen wird und ein Tonermuster von
dem zu ladenden Element auf ein Aufzeichnungsmedium für die
Bildübertragung übertragen wird, und eine Fotorezeptortrommel
kleinere Defekte aufweist, die vor der Auslieferung der
Produkte bei einer Untersuchung nicht bemerkt worden sind,
wird die Unterschicht nicht zerstört werden, da die an der
Unterschicht angelegte geteilte Spannung nicht über der
Durchschlagspannung der Unterschicht liegt. Wenn die
Fotorezeptortrommel defekte Teile und/oder kleine Löcher
aufweist, ist es möglich, den in die defekten Teile und/oder
die feinen Löcher fließenden Strom so zu begrenzen, daß der
Stromwert diese nicht vergrößert. Mit den erfindungsgemäßen
Vorrichtungen wird daher erfolgreich verhindert, daß schwarze
oder weiße Streifen auf dem entstehenden Bild sowie eine
schlechte Übertragung auftreten.
In der Zeichnung ist folgendes gezeigt:
Fig. 1 zeigt die Ersatzschaltung eines fehlerhaften Teils
einer Fotorezeptorschicht eines zu ladenden Elements gemäß
der vorliegenen Erfindung;
Fig. 2 zeigt das schematische Diagramm eines Verfahrens zur
Messung der Flächenabhängigkeit des Widerstands des
erfindungsgemäßen Kontaktelements;
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der
Flächenabhängigkeit des Kontaktelementwiderstands, gemessen
nach der in Fig. 2 gezeigten Methode;
Fig. 4 zeigt ein schematisches Diagramm des Verfahrens zur
Messung der Stromabhängigkeit des Widerstands des
erfindungsgemäßen Kontaktelements;
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der Stromabhängigkeit
des Kontaktelementwiderstands;
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, welche die
Flächenabhängigkeit des Kontaktelementwiderstands zeigt;
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, welche die
Stromabhängigkeit des Kontaktelementwiderstands zeigt;
Fig. 8 ist eine graphische Darstellung, welche die
Flächenabhängigkeit des Kontaktelementwiderstands zeigt;
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, welche die
Flächenabhängigkeit des Kontaktelementwiderstands zeigt;
Fig. 10 ist eine schematische Darstellung, welche ein
Verfahren zum Messen des Kontaktelementwiderstands zeigt;
Fig. 11(a) bis 11(h) sind Querschnittsansichten, welche
schematisch Ladeelemente zeigen, welche
Kontaktladevorrichtungen bilden;
die Fig. 12(a) bis 12(d) sind Querschnittsansichten, welche
schematisch Transferelemente zeigen, welche erfindungsgemäße
Kontaktübertragungsvorrichtungen bilden;
Fig. 13(a) und 13(b) sind Querschnittsansichten, welche
schematisch erfindungsgemäße zu ladende Elemente zeigen;
Fig. 14 ist eine schematische Ansicht, welche ein eine
Kontaktladevorrichtung aufweisendes Bilderzeugungsgerät
zeigt;
Fig. 15 ist eine schematische Ansicht, welche ein eine
erfindungsgemäße Kontaktübertragungsvorrichtung aufweisendes
Bilderzeugungsgerät zeigt;
die Fig. 16(a) bis 16(d) sind Diagramme, welche typische
Schadstellen aufzeigen, wie sie häufig in
Fotorezeptorschichten gefunden werden;
die Fig. 17(a) und 17(b) sind Diagramme und zeigen typische
Leitwege, durch welche von einem Kontaktelement in eine
Schadstelle oder in ein feines in der Fotorezeptortrommel
befindliches Loch Strom konzentrisch fließt;
die Fig. 18(a) und 18(b) sind Querschnittsansichten, welche
schematisch eine Kontaktladevorrichtung zeigen, welche in
Kontakt mit einer mit feinen Löchern versehenen
Fotorezeptorschicht sowie einen Querschnitt, der schematisch
ein Verfahren zeigt, um zu überprüfen, ob die Zwischenschicht
oder Unterschicht der Fotorezeptortrommel zusammengebrochen
ist oder nicht;
Fig. 19 ist ein Ersatzschaltbild einer
Kontaktladevorrichtung;
die Fig. 20(a) und 20(b) zeigen eine graphische Darstellung,
aus der die Flächenabhängigkeit des Widerstands des
Ladeelements ersichtlich ist sowie eine graphische
Darstellung, welche die Flächenabhängigkeit des Widerstands
der Zwischenschicht der Fotorezeptortrommel zeigt.
Die Fig. 21(a) und 21(b) sind graphische Darstellungen zur
Erläuterung der Stromabhängigkeit des Widerstands des
Ladeelements; und
Fig. 22 ist ein Querschnitt, welcher schematisch ein
Bilderzeugungsgerät mit einer Kontaktladevorrichtung zeigt.
Im folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen
näher beschrieben.
Als erstes werden die Schadstellen einer Fotorezeptorschicht,
auf welche die vorliegende Erfindung gerichtet ist,
beschrieben.
Die Schadstellen, die in einer Fotorezeptortrommel auftreten
können, können vielfältiger Art sein. Die in Fig. 16(a)
gezeigte Schadstelle 75 besteht nur in dem Oberflächenbereich
einer Fotorezeptorschicht 72 der Fotorezeptortrommel und sie
erreicht nicht die Unterschicht 71. In Fig. 16(b) ist ein in
der Fotorezeptorschicht 72 befindlicher Hohlraum 76 gezeigt.
Die aus Fig. 16(c) ersichtliche Schadstelle 77 reicht durch
die Fotorezeptorschicht 72 bis zur Unterschicht 71. Das in
Fig. 16(d) gezeigte feine Loch 78 geht durch die Unterschicht
71 und die Fotorezeptorschicht 72 bis zum Trommelkörper 70
oder der Leitungsschicht hindurch.
Die meisten bis zum Trommelkörper 70 reichenden Schadstellen
werden durch eine Überprüfung vor der Auslieferung sicher
ermittelt, da die Öffnungsdurchmesser der Schadstellen groß
sind. Produkte mit Schadstellen werden ausgesondert.
Üblicherweise sind die ausgelieferten Produkte frei von
Schadstellen. Die in den Fig. 16(a) bis 16(c) gezeigten
Schadstellen sind jedoch zu klein, um bei der Inspektion
bemerkt zu werden und sie können durch den Gebrauch so
anwachsen, daß sie bis zur Unterschicht hindurchreichen, wie
dies später beschrieben wird.
Eine Schadstelle, die von der Fotorezeptorschicht bis in die
Unterschicht reicht, d. h. eine Schadstelle die sowohl die
Fotorezeptorschicht als auch die Unterschicht zerstört, wird
als "feines Loch" bezeichnet.
Wenn ein elektrofotographisches Verfahren unter Verwendung
einer Fotorezeptortrommel durchgeführt wird, in welcher die
Schadstelle auf die Fotorezeptorschicht begrenzt ist, treten
Toner und Staubmaterial in die Schadstelle 77 der
Fotorezeptorschicht ein, wie dies in Fig. 16(c) ersichtlich
ist, und sie bilden eine Leitstrecke 80, welche sich von der
Oberfläche der Fotorezeptorschicht bis zur Unterschicht
erstreckt (Fig. 17(a)). Diese Substanzen treten auch in die
Schadstelle 75 der Fotorezeptorschicht, wie in Fig. 16(a)
gezeigt, wodurch die aus Fig. 17(b) ersichtliche Leitstrecke
80 gebildet wird. Durch die Schadstellen, auch durch die
kleinen Schadstellen, wie in Fig. 16(a) und 16(b) gezeigt,
wird ein dünner Teil 75a der Fotorezeptorschicht 72 gebildet.
Die der Fotorezeptorschicht 72 beigeordnete geteilte Spannung
ist gering, und an die Unterschicht 71 angelegte Spannung ist
groß. Dies kann in Extremfällen dazu führen, daß die
Unterschicht zerstört wird.
Wenn insbesondere einmal die Leitstrecke 80 gebildet worden
ist, wird die der Fotorezeptorschicht zugeordnete Spannung im
Lade-, Übertragungs- und Entladezustand an der Unterschicht
angelegt. Die über der Durchschlagspannung liegende
Überspannung wirkt auf die Unterschicht ein. Die Unterschicht
wird daher durchgeschlagen.
Der Strom fließt dann von dem Kontaktelement, an dem Spannung
angelegt ist, durch diese Leitstrecke 80 in den Trommelkörper
70. Zu dieser Zeit fließt ein gegenüber dem normalen Strom
größerer Strom konzentrisch in einen kleinen Teil, oder in
den schadhaften Teil. Joule'sche Wärme wird an dieser Stelle
erzeugt. Die kleine Schadstelle vergrößert sich zu einem
feinen Loch 78, wie in Fig. 16(d) gezeigt. Die Joul'sche
Wärme zerstört nicht nur die Fotorezeptortrommel, sondern
auch das Kontaktelement, welches Ladungen im Lade- und
Übertragungsschritt beim elektrofotographischen Verfahren
erzeugt.
Unsere Untersuchungen des Mechanismus haben die folgenden
Tatsachen aufgezeigt. Um eine Fotorezeptortrommel mit
Schadstellen und/oder feinen Löchern funktionsfähig zu
erhalten, d. h. die Fotorezeptortrommel in einem Zustand zu
erhalten, in dem die auf die Schadstellen und die feinen
Löcher zurückzuführende Verschmutzung des Bildes für den
praktischen Gebrauch vernachlässigbar ist, müssen die
folgenden zwei Bedingungen erfüllt sein:
Wenn die Schadstelle nur in der Fotorezeptorschicht vorliegt,
muß die Schadstelle auf die Fotorezeptorschicht begrenzt
bleiben. Mit anderen Worten, sie sollte nicht wachsen, bis
sie die Unterschicht erreicht.
Zweitens, selbst wenn sich die Schadstelle in ein feines Loch
auswächst, muß die durch den konzentrischen Stromfluß in das
feine Loch verursachte Joule'sche Wärme in solch einem Maß
unterdrückt werden, daß die Fotorezeptorschicht und das
Kontaktelement nicht beeinträchtigt werden.
Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, wird eine kleine
Schadstelle nicht in einem solch schädlichen Ausmaß
anwachsen, daß schwarze oder weiße Streifen auf dem Bild
gebildet werden und Teile ersetzt werden müssen.
Die in dem feinen Loch erzeugte Joule'sche Wärme ist
thermische Energie, welche proportional zum Produkt des
Widerstands in dem feinen Loch und dem Quadrat des Stroms
ist, welcher wegen des Vorhandenseins der Leitstrecke fließen
kann. Diese Leitstrecke wird gebildet, wenn Tonerpartikel
und/oder Staubmaterial in das feine Loch eintreten, und
dieses leitend machen, sowie aufgrund der Leitfähigkeit der
Fotorezeptorschicht per se, auch wenn diese Leitfähigkeit
gering ist. Daher ergeben sich Probleme durch die Summe eines
Widerstands des in dem feinen Loch befindlichen
Fremdmaterials und des Widerstands in einem Teilbereich oder
einer Teilregion der Fotorezeptorschicht, welche sich in der
Nähe des feinen Lochs befindet.
Um zu verhindern, daß eine kleine Schadstelle der
Fotorezeptorschicht sich zu einem feinen Loch vergrößert, muß
der in ein feines Loch fließende Strom begrenzt werden. Bei
der Steuerung zur Begrenzung des Stroms kann der spezifische
Volumenwiderstand des Kontaktelements nur unvollständig den
Widerstand des Kontaktelements beschreiben. Weitere wichtige
Faktoren müssen in die Überlegung mit einbezogen werden.
Einer der Hauptfaktoren ist ein Widerstand vergleichbar mit
dem des feinen Lochs, d. h. ein Widerstand, welcher in
Abhängigkeit von einem Stromwert und einer Fläche, eines
Teils der zu der Erzeugung von Joule'scher Wärme in dem
feinen Loch beiträgt, variiert. Dieser Widerstand wird als
"Widerstand des feinen Lochs Rq" bezeichnet.
Der Strom, welcher von, der Schadstelle in der
Fotorezeptorschicht zur Fotorezeptortrommel fließt, muß
notwendigerweise die Unterschicht passieren. Daher ist ein
Widerstand in einem Teil der Unterschicht in einem Bereich,
der der Schadstelle in der Fotorezeptorschicht entspricht,
d. h. ein Widerstand in dem Teil der Unterschicht, welcher der
Schadstelle in der Fotorezeptorschicht entspricht, ein
weiterer wesentlicher Faktor. Dieser Widerstand wird als der
"Unterschichtwiderstand rq" bezeichnet.
Diese Widerstände können nicht nur auf der Basis des
spezifischen Volumenwiderstands des Materials berechnet
werden. Eine korrekte Berechnung ergibt sich auf der Basis
des Verhältnisses der Spannung, die auf jede Schicht
einwirkt, zum fließenden Strom.
Angenommen, der Widerstand des feinen Lochs Rq genügt den
beiden vorgenannten Bedingungen:
Erstens: Wenn die Schadstelle nur die Fotorezeptorschicht
betrifft, muß die Schadstelle innerhalb der
Fotorezeptorschicht begrenzt bleiben. Sie sollte mit anderen
Worten nicht wachsen, bis sie die Unterschicht erreicht.
Zweitens: Selbst wenn sich die Schadstelle zu einem feinen
Loch auswächst, muß die durch den konzentrischen Stromfluß in
das feine Loch verursachte Joule'sche Wärme in solch einem
Ausmaß unterdrückt werden, daß die Fotorezeptorschicht und
das Kontaktelement nicht beeinträchtigt werden.
Bedingung 1
Ein Modell der Spannungen, welche sich der
Unterschichtwiderstand rq (Widerstand der Unterschicht
betrachtet von der Schadstelle oder dem feinen Loch) und der
Widerstand des feinen Lochs Rq in dem schadhaften Teil der
Fotorezeptorschicht wird aufgestellt. Dann wird eine
Bedingung erhalten, mit welcher das Anlegen einer Spannung,
die oberhalb der Durchschlagspannung der Unterschicht liegt,
an die Unterschicht verhindert wird. Es ist davon auszugehen,
daß der Strom von dem Kontaktelement zu der Unterschicht auf
zwei Wegen oder Leitstrecken fließt. Die erste Leitstrecke
wird durch den elektrischen Kontakt des Kontaktelements und
dem Boden der Schadstelle der Fotorezeptorschicht durch die
Tonerpartikel und/oder die Schadstelle eingetretenes
staubförmiges Material gebildet, da diese, wie vorher
beschrieben, in der Schadstelle leitfähig gemacht werden. Die
zweite Leitstrecke ist die Seitenwand der Schadstelle.
Die Struktur des Oberflächenbereichs einschließlich der
Schadstelle kann auch durch den in Fig. 1 gezeigten
elektrischen Schaltkreis ausgedrückt werden.
In dem Ersatzschaltbild von Fig. 1 kann die an dem
Unterschichtwiderstand rq anliegende Spannung durch die
Beziehung
Va × rq/(rq + Rq)
ausgedrückt werden, wobei Va die am Kontaktelement anliegende
Spannung bedeutet.
Die an der Unterschicht anliegende Spannung ist geringer als
die Durschlagspannung Vt der Unterschicht, wenn die folgende
Beziehung gilt:
|Vt| ≧ |Va|.rq/(rq + Rq), wenn gilt, daß |Vt| ≦ |Va| ist.
Da Va.Vt ≧ 0 ist, gilt
Rq ≧ rq.(Va - Vt)/Vt... (1).
Wenn |Vt| < |Va| ist, erfolgt kein Durchschlagen der Unterschicht.
Entsprechend beträgt ein Stromwert j(µA), der in die
Schadstelle der Fotorezeptorschicht fließen kann,
|j| ≦ |Va|.106/(Rq + rq).
Daher ist es notwendig, daß folgende Ungleichung erfüllt ist.
Rq + rq ≦ Va.106/j... (2)
Bedingung 2
Wenn sich eine Schadstelle zu einem feinen Loch vergrößert,
kommt das Kontaktelement über die Leitstrecke durch die
Tonerpartikel und/oder das staubförmige Material in
elektrische Verbindung mit dem Trommelkörper aus Metall, wie
dies oben beschrieben ist. In diesem Fall ist der Widerstand
der Leitstrecke wegen der Unterschicht aus isolierendem
Material sehr gering und liegt nicht zwischen der
Fotorezeptorschicht und dem Trommelkörper wie oben
beschrieben.
Wie im Fall der Bedingung 1 gilt, daß |Vt| < |Va| ist,
Rq ≧ Va.106/k
ist, wobei Va die am Kontaktelement anliegende Spannung und k
(µA) der Wert des Stromes ist, der in das feine Loch fließen
kann, d. h. ein Maximalstromwert, welcher die Obergrenze der
Joule'schen Wärme angibt, welche ein weiteres Anwachsen des
feinen Lochs unterdrückt.
Hier bedeutet der Wert des Stromes, der in die Schadstelle
oder das feine Loch fließen kann, den maximalen Stromwert,
welcher die Obergrenze der Joule'schen Wärme bedeutet, welche
ein weiteres Anwachsen des feinen Lochs unterdrücken und eine
Beschädigung des Kontaktelements verhindern kann.
Es ist schwierig den Widerstand des feinen Lochs Rq und den
Unterschichtwiderstand rq tatsächlich zu messen, da die
Fläche der Schadstelle oder des feinen Lochs und der dadurch
fließende Strom extrem gering sind. Es wird darüber hinaus
gefunden, daß der Widerstand des feinen Lochs Rq nicht mit
dem Wert der gemäß der folgenden Gleichung
Rq = ρ.L/s
übereinstimmt, wobei ρ der spezifische Volumenwiderstand des
Kontaktelements, L die Dicke des Kontaktelements und s die
Fläche der Schadstelle (oder des feinen Lochs) ist.
Insbesondere wurden die folgenden Tatsachen (1) und (2)
aufgefunden.
- 1. Eine Elektrode wird auf einer außerordentlich kleinen
Fläche eines Materials gebildet, welches einen relativ hohen
spezifischen Volumenwiderstand aufweist. Strom wird
konzentrisch in den kleinen Bereich eingespeist. In diesem
Fall expandiert die Stromstärke stärker als die
Projektionsfläche der Elektrode. Der tatsächlich gemessene
Widerstandswert ist geringer als ein scheinbarer
Widerstandswert, d. h. ein Widerstandswert, welcher abgeleitet
ist von der Leitstrecke, welche mit der Fläche der Elektrode
übereinstimmt, um einen Wert, welcher der Ausdehnung der
Stromverteilung entspricht. Dieses Phänomen wird als
"Ausfranseffekt" bezeichnet. Mit anderen Worten ist der
Widerstandswert, welcher einfach durch den Stromfluß durch
das Kontaktelement in das feine Loch und die diesen Strom
verursachende Spannung geringer als der Widerstandswert der
Leitstrecke per se, welche durch die Fremdmaterialien in dem
feinen Loch gebildet wird.
- 2. Die Beziehung zwischen Spannung und Strom mit einem
relativ hohen spezifischen Volumenwiderstand ist nicht linear
(oder nicht ohmisch), sondern wie eine nicht-lineare
Halbleitercharakteristik. Wenn bei angelegter Spannung in das
feine Loch durch das aus einem solchen Material hergestellte
Kontaktelement Strom fließt, variiert die angelegte Spannung
nicht linear in Abhängigkeit von dem Wert des
hineinfließenden Stroms. Demzufolge ändert sich der
Widerstand des Kontaktelements ebenso in Abhängigkeit von dem
in das feine Loch fließenden Strom.
Demgemäß müssen bei der Handhabung des Widerstands des feinen
Lochs Rq und des Unterschichtwiderstands rq die zwei
vorgenannten Gesichtspunkte berücksichtigt werden.
Anderenfalls ist es unmöglich, geeignete Bedingungen
abzuleiten, um eine Beschädigung der Fotorezeptortrommel und
des Kontaktelements zu verhindern.
In der nachfolgenden Beschreibung wird das unter (1) genannte
Phänomen als "Flächenabhängigkeit des Widerstands"
bezeichnet. Das unter (2) erwähnte Phänomen ist die
"Stromabhängigkeit des Widerstands".
Die "Flächenabhängigkeit des Widerstands des Kontaktelements"
bedeutet die Flächenabhängigkeit des Widerstandes, wenn in
einem Zustand, bei dem die Meßelektroden von verschiedenen
Flächen mit einem Teil, wo das Kontaktelement in Kontakt mit
der Fotorezeptorschicht in Kontakt gebracht wird, Ströme
zwischen die Meßelektroden und die Elektrode des
Kontaktelements mit den gleichen Stromdichten zugeführt
werden. Die "Flächenabhängigkeit des Widerstands der
Unterschicht" bedeutet eine Flächenabhängigkeit des
Widerstands, wenn in einem Zustand, in dem Meßelektroden von
verschiedenen Flächen mit der Fotorezeptortrommel mit nur der
Unterschicht in Kontakt gebracht werden, Ströme zwischen die
Meßelektroden und die leitende Schicht (oder Trommelkörper),
bei den gleichen Stromdichten, zugeführt werden.
Fig. 2 ist ein Diagramm, welches ein Verfahren zum Bestimmen
der Flächenabhängigkeit des Widerstands des erfindungsgemäßen
Kontaktelements zeigt. Bei dieser Ausführungsform ist das zu
messende Objekt ein als einschichtige Walze ausgebildetes
Kontaktelement.
Ein Kontaktelement 101 weist ein stabförmiges, leitfähiges
Basiselement 102 wie eine leitfähige elastische Schicht 103
auf, welche auf das Basiselement 102 aufgebracht ist. Die
Meßelektroden 104 bis 106 mit verschiedenen Flächen werden
mittels nicht gezeigter Druckeinrichtungen gegen die gewölbte
Oberfläche des Kontaktelements 101 gedrückt. Drähte von den
Meßelektroden 104 bis 106 sind mit dem Schalter 108
verbunden, welcher durch eine Stromwelle 109, deren Spannung
überwacht werden kann, mit dem leitfähigen Basiselement 102
in Verbindung steht (saws messure unit type 237, hergestellt
von der Kiethlay Corporation; die Stromquelle wird als
Energiequelle bezeichnet). Die Energiequelle 109 speist Strom
mit einer festgelegten Stromdichte ein. Die Widerstandswerte
des Kontaktelements 101 in Bezug auf die Meßelektroden können
durch Betätigung des Schalters 108 gemessen werden. Es ist
bevorzugt, die Meßelektroden 104 bis 106 in einem zentralen
Abschnitt des Kontaktelements anzubringen und nicht an einem
Endabschnitt. Der Grund dafür ist, daß im zentralen Abschnitt
des Kontaktelements die Stromausdehnungsfläche größer ist als
im Endabschnitt, so daß der Ausfranseffekt deutlicher
bestätigt werden kann.
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, welche die
Flächenabhängigkeit des Widerstands des Kontaktelements
zeigt, wie sie durch die vorbeschriebene Methode bestimmt
wurde. Auf der Abszisse sind die logarithmyschen Werte der
Fläche der Meßelektrode dargestellt, während auf der Ordinate
die logarithmyschen Werte des gemessenen Widerstands
angegeben sind. Die in dem Graph dargestellten gemessenen
Werte können durch eine Gerade mit der Steigung -β verbunden
werden. 1 - β ist definiert als die Flächenabhängigkeit des
Widerstands des Kontaktelements.
Der Widerstand der Unterschicht wurde in einer ähnlichen
Weise bestimmt. Die gemessenen Widerstandswerte können, wenn
sie aufgetragen sind, durch eine Gerade mit der Steigung -α,
welche von der Steigung -β verschieden ist, verbunden werden.
1 - α ist definiert als eine Flächenabhängigkeit des
Widerstands der Unterschicht.
Natürlich ist, wenn der Widerstandswert umgekehrt
proportional zu der Fläche ist, d. h. wenn der Widerstand
keine Flächenabhängigkeit hat, β = 1 und α = 1.
Die Stromabhängigkeit des Widerstands des Kontaktelements
bedeutet die Stromabhängigkeit des Widerstands, wenn eine
Meßelektrode mit einer Fläche, welche im wesentlichen gleich
zu einer Fläche S(cm2), in der das Kontaktelement tatsächlich
in Kontakt mit der Fotorezeptorschicht kommt, mit einem Teil
des Kontaktelements in Kontakt gebracht wird, wo es mit der
Fotorezeptorschicht in Kontakt steht, verschiedene Ströme
zwischen die Meßelektrode und das Kontaktbasiselement des
Kontaktelements eingespeist werden.
Fig. 4 ist ein Diagramm, welches ein Verfahren zum Bestimmen
der Stromabhängigkeit des Widerstands des erfindungsgemäßen
Kontaktelements zeigt. Bei dieser Ausführungsform ist das
Kontaktelement eine einschichtige Walze. In den nachfolgenden
Zeichnungen werden gleiche Teile aus Gründen der Einfachheit
mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
Im Kontaktelement 101 weist ein stabförmiges, leitfähiges
Basiselement 102 und eine leitfähige elastische Schicht 103,
beschichtet auf dem Basiselement 102, auf. Eine Meßelektrode
107 mit einer Fläche, welche im wesentlichen gleich zu einer
Fläche S(cm2) ist, wo das Kontaktelement 101 tatsächlich mit
der Fotorezeptorschicht in Kontakt kommt, wird mittels eines
nicht gezeigten Druckelementes gegen die Oberfläche des
Kontaktelements 101 gedrückt. Eine Energiequelle 109
verbindet die Meßelektrode 107 und das leitfähige
Basiselement 102. Während der Strom variiert wird, der
zwischen der Meßelektrode 107 und dem leitfähigen
Basiselement 102 fließt, wird eine zwischen dem
Kontaktelement 101 und der Meßelektrode 107 verursachte
Belastungsspannung gemessen, wodurch Stromwerte und
Spannungs-/Stromverhältnisse erhalten werden. Unter
Verwendung dieser Werte kann die Stromabhängigkeit des
Widerstands des Kontaktelements 101 erhalten werden. Die
Meßelektrode 107 ist vorzugsweise so geformt, daß das
Kontaktelement gut mit der Fotorezeptorschicht in Kontakt
steht.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, welche die
Stromabhängigkeit des Widerstands des Kontaktelements zeigt,
wobei die Messung nach dem in Fig. 4 gezeigten Verfahren
erfolgte. Auf der Abszisse sind die logarithmyschen Werte des
Stromes und auf der Ordinate die logarithmyschen Werte des
Widerstands aufgetragen. Gemessene Werte wurden in der
logarithmyschen Darstellung eingetragen.
Wenn der Widerstand des Kontaktelements eine Abhängigkeit vom
Strom aufweist, weisen die gemessenen Werte, wenn sie durch
eine Gerade verbunden werden, eine Steigung von -γ auf.
Dieser Wert γ ist definiert als die Stromabhängigkeit des
Widerstands. Wenn der Widerstand keine Stromabhängigkeit
zeigt, ist γ = 0.
In der nachfolgenden Beschreibung wird gezeigt, wie der
Widerstand des feinen Lochs Rq und der Widerstand der
Unterschicht rq abgeleitet werden, sowie die Bedingungen zur
Erfüllung der Formeln (1) bis (3).
|Vt| ≦ |Va| im Fall von (1)
Zunächst sei der Widerstand des feinen Lochs Rq betrachtet.
In der in Fig. 6 gezeigten Flächenabhängigkeit des
Kontaktelementwiderstands bedeutet S(cm2) einen
Kontaktbereich einer tatsächlichen Fotorezeptorschicht und
eines Kontaktelements, und i(µA) stellt den Strom dar, der
fließt, wenn eine Spannung, die geringfügig niedriger als die
Durchschlagspannung Vt(V) ist, an dem Kontaktbereich S(cm2)
der Unterschicht angelegt wird, und die Stromdichte i/S(µ
A/cm2) konstant ist. Ein Widerstandswert des Kontaktelements
bei einer Fläche s(cm2) der Schadstelle der
Fotorezeptorschicht ist der Widerstand des feinen Lochs Rq.
Der Widerstand Rq kann ausgedrückt werden durch
log(Rq) = log(Ry) + β.(S/s)... (4)
wobei Ry ein Widerstandswert des Kontaktelements in dem
Bereich S und -β eine Steigung in der graphischen Darstellung
ist.
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, welche die
Stromabhängigkeit des Kontaktelementwiderstands zeigt. Wie
vorher bereits beschrieben wurde, ist in der graphischen
Darstellung der Kontaktbereich S(cm2) einer tatsächlichen
Fotorezeptorschicht und des Kontaktelements in einem
fixierten Bereich festgelegt. In der graphischen Darstellung,
in der i(µA) ein Strom ist, welcher fließt, wenn eine
Spannung, die geringfügig kleiner ist als die
Durchschlagspannung Vt(V), an den Kontaktbereich S(cm2) der
Unterschicht angelegt wird, und i/S die Stromdichte i/S ist,
entspricht der Punkt A in Fig. 6 dem Punkt B in Fig. 7. Die
Punkte A und B bedeuten einen gemessenen Bereich und einen
Stromwert jeweils bei einem gleichen Widerstandswert. Die
folgende Gleichung gilt:
log(R) = log(Ry) + γ.log(i/I)... (5),
wobei der Stromfluß in die Fotorezeptorschicht I(µA) ist,
wenn die Spannung Va an dem Kontaktelement angelegt wird und
der Widerstandwert des Kontaktelements, wenn dieser Strom
fließt, R(Ω) ist. Durch Umstellen der Gleichungen (4) und (5)
ergibt sich
log(Rq) = log(R) + β.log(S/s) - γ.log(i/I)... (6).
Als nächstes wird der Unterschichtwiderstand rq in dem
Abschnitt der Unterschicht betrachtet, auf welche die
schadhafte Stelle der Fotorezeptorschicht projeziert wird.
Es gilt wie im Fall des Widerstands des feinen Lochs Rq unter
der Annahme, daß der Stromfluß in dem Bereich der
Unterschicht entsprechend dem Kontaktbereich S(cm2) bei einer
Spannung, die geringfügig kleiner ist als die
Durchschlagspannung Vt(V), in diesem Bereich i(µA) ist, und
der Widerstand der Unterschicht, wenn der Strom i(µA) in den
Bereich fließt, Rp(Ω) ist, und die Flächenabhängigkeit des
Widerstands der Unterschicht 1 - α ist, daß der Widerstand
der Unterschicht rq ausgedrückt werden kann durch
log(rq) = log(Rp) + αlog(S/s)... (7).
Aus den Formeln (1), (6) sowie (7) ergibt sich
log(R) ≧ log{Rp.(Va - Vt)/Vt} + (α - β).log(S/s) + γ .
log(i/I)... (8).
|Vt| < |Va| im Fall von (1)
Zuerst sei der Widerstand des feinen Lochs Rq betrachtet.
Fig. 8 ist eine graphische Darstellung, welche die
Flächenabhängigkeit des Kontaktelementwiderstands zeigt. In
der graphischen Darstellung bedeutet j(µA) einen Strom, der
in den schadhaften Teilbereich s(cm2) der Unterschicht
fließen kann, und eine Stromdichte j/s(µA/cm2) ist konstant.
Ein Widerstandswert des Kontaktelements in dem Bereich s ist
der Widerstand des feinen Lochs Rq. Angenommen, daß ein
Widerstandswert des Kontaktelements in dem Bereich S(cm2) Rz
ist, gilt die folgende Gleichung:
log(Rq) = log(Rz) + β . log(S/s)... (9).
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung welche die
Stromabhängigkeit des Kontaktelementwiderstands zeigt. Wie
vorher beschrieben wurde, ist in dieser graphischen
Darstellung der Kontaktbereich S(cm2) der tatsächlichen
Fotorezeptorschicht und des Kontaktelements in einem
fixierten Bereich festgesetzt. Wenn ein Strom j . S/s(µA) in
dem Bereich S(cm2) eingespeist wird, entspricht ein Punkt C
in Fig. 8 dem Punkt D in Fig. 7. Die Punkte C und D zeigen
einen gemessenen Bereich und einen Stromwert bei dem gleichen
Widerstandswert Rz an. Es gilt die folgende Gleichung:
log(R) = log(Rz) + γ.{j.S/(i.s)}... (10),
wobei der Stromfluß in die Fotorezeptorschicht I(µA) ist,
wenn die Spannung Va an dem Kontaktelement angelegt wird, und
der Widerstandswert des Kontaktelements, wenn dieser Strom
fließt, R(Ω) ist. Durch Umstellen der Gleichungen (9) und
(10) ergibt sich
log(Rq) = log(R) + (β - γ).log(S/s) - γ.log(j/I)... (11).
Als nächstes sei der Widerstand der Unterschicht rq in einem
Teil der Unterschicht betrachtet. Wie oben beschrieben, ist
der Widerstand der Unterschicht rq gegeben durch
log(rq) = log(Rp) + α.log(S/s)... (12),
wobei Rp(Ω) den Widerstand bedeutet, wenn der Strom j . S/s
(µA) in den Bereich S(cm2) eingespeist wird, und die
Flächenabhängigkeit des Widerstands der Unterschicht 1 - α ist.
Aus den Formeln (2), (11) und (12) ergibt sich
A + B ≧ Va . 106/j... (13),
wobei logA = log(R) + (β - γ) . log(S/s) - γ . log(j/I) und
logB = log(Rp) + α . log(S/s) ist.
Fall (2)
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, welche die
Flächenabhängigkeit des Widerstands des Kontaktelementes
zeigt. In dieser graphischen Darstellung bedeutet k(µA) den
Strom, welcher in den Bereich eines feinen Lochs s(cm2)
fließen kann und eine Stromdichte k/s(µA/cm2) ist konstant.
Ein Widerstandswert des Kontaktelements in dem Bereich s ist
der Widerstand des feinen Lochs Rq. Unter der Annahme, daß
der Widerstandswert des Kontaktelementes in den Bereich S
(cm2) Rx ist, gilt die Gleichung
log(Rq) = log(Rx) + β . log(S/s)... (14).
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, welche die
Stromabhängigkeit des Kontaktelementwiderstands zeigt. Wie
vorher beschrieben wurde, wird der Kontaktbereich S(cm2) der
tatsächlichen Fotorezeptorschicht und des Kontaktelementes in
einem fixierten Bereich festgesetzt. Wenn ein Strom k . S/s(µ
A) in den Bereich S(cm2) eingespeist wird, entspricht ein
Punkt F(Fig. 7) einem Punkt E in Fig. 9. Die Punkte E und F
zeigen einen gemessenen Bereich sowie einen Stromwert bei dem
selben Widerstandswert Rx. Es gilt die Gleichung:
log(R) = log(Rx) + γ . log{k . S/(I.s)}... (15),
wobei der in die Fotorezeptorschicht fließende Strom I(µA)
ist, wenn die Spannung Va an dem Kontaktelement angelegt
wird, und der Widerstandswert des Kontaktelementes, wenn
dieser Strom fließt, R(Ω) ist. Durch Umstellen der Gleichung
(14) und (15) ergibt sich
log(Rq) = log(R) + (β - γ) . log(S/s) - γ . log(k/I)... (16).
Aus den Gleichungen (3) und (16) ergibt sich
log(R) ≧ log(Va . 106/k) + (γ - β) . log(S/s) + γ .
log(k/I)... (17).
Die graphischen Darstellungen der Fig. 6 bis 9 zeigen die
Flächenabhängigkeit oder die Stromabhängigkeit, die gültig
sind, wenn das Kontaktelement und die Unterschicht aus einem
bestimmten Material hergestellt sind. Die selben graphischen
Darstellungen gelten auch, wenn ein anderes Material für
diese Elemente benutzt wird, abgesehen davon, daß die
Steigung und die Achsenabschnitte in der graphischen
Darstellung verschieden von denen der Fig. 6 bis 9 sind.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Messung des Widerstands R
(Ω) des Kontaktelements beschrieben.
Das Kontaktelement wird gegen die Fotorezeptorschicht unter
tatsächlichen Bedingungen gedrückt (in dem vorliegenden Fall
beträgt die Kontaktfläche S(cm2)). Die Fotorezeptortrommel
wird gedreht und unter tatsächlichen Bedingungen bewegt und
das Kontaktelement wird gedreht, wobei es unter tatsächlichen
Bedingungen fixiert ist und bewegt wird. Die Spannung Va wird
an dem Kontaktelement angelegt. In dem Fall, in dem das
Kontaktelement ein Kontakt/Transferelement ist, wird die
Messung durchgeführt, in dem das Aufzeichnungsmedium für die
Bildübertragung, wie beispielsweise ein Aufzeichnungspapier,
sich nicht zwischen der Fotorezeptorschicht und dem
Kontaktelement befindet. Unter diesen Bedingungen wird ein
Strom I(µA), welcher in die Fotorezeptorschicht fließt,
gemessen.
Fig. 10 ist eine schematische Darstellung, welche ein
Verfahren aufzeigt, um den Widerstand eines erfindungsgemäßen
Kontaktelements zu messen. Bei dieser Ausführungsform ist das
Objekt, das gemessen werden soll, ein als einschichtige Walze
ausgebildetes Kontaktelement 101.
Eine Metallelektrode 110 wird anstelle der
Fotorezeptortrommel verwendet. Das Kontaktelement 101 wird
unter tatsächlichen Bedingungen gegen die Metallelektrode 110
gedrückt. Die Metallelektrode 110 dreht sich in Richtung
eines Pfeils W unter tatsächlichen Bedingungen. Das
Kontaktelement 101 dreht sich, ist befestigt, und bewegt sich
unter tatsächlichen Bedingungen (im Fall der Fig. 10 dreht es
sich infolge der Drehung der Metallelektrode 110). Unter
diesen Bedingungen speist eine Energiequelle 109, welche
zwischen dem leitfähigen Basiselement 102 des
Kontaktelementes 101 und der Metallelektrode 110 angeordnet
ist, den Strom I(µA) in den Element-Elektrodenschaltkreis
ein. Ein Widerstandswert wird unter Verwendung der zu dieser
Zeit anliegenden Spannung berechnet.
Der so bestimmte Widerstand wird als der Widerstand R(Ω) des
Kontaktelements definiert.
Nachfolgend wird das Verfahren zur Messung der
Durchschlagspannung Vt der Unterschicht und des Widerstands
Rp dieser Schicht beschrieben.
Das verwendete Teststück war ein Trommelkörper, welcher nur
eine Unterschicht, aber keine Fotorezeptorschicht aufwies.
Die Trommel, welche als Basisschicht diente, war aus einem
leitfähigen Material, wie beispielsweise einem Metall,
hergestellt. Ein Element mit einem spezifischem
Volumenwiderstand von wenigstens einer Zehnerpotenz geringer
als dem der Unterschicht wird gegen das Teststück gedrückt,
so daß sich eine Fläche S(cm2) ergibt. Eine Spannung wird
zwischen dem Element mit geringem Widerstand und der
leitfähigen Schicht der Fotorezeptortrommel angelegt. Nachdem
das Anlegen der Spannung über eine bestimmte Zeitdauer
fortgeführt worden ist, wird die Spannung erhöht. Die
Spannung wird gemessen, wenn die Unterschicht dielektrisch
zusammenbricht, d. h. durchgeschlagen ist.
Es ist unnötig zu sagen, daß wenn |Vt| < |Va| ist, ein
Durchschlagen der Unterschicht nicht erfolgt. Ein Widerstand
der Unterschicht ist Rp(Ω), wenn der Strom j . S/s(µA) in den
Bereich S(cm2) eingespeist wird, wobei j(µA) der Strom ist,
welcher in den Bereich S(cm2) der Unterschicht fließen kann.
Wenn die Werte von R, Rp, Va, Vt, I, i, j, k, S, s, α, β und
γ, die so erhalten werden, den Formeln (8), (13) oder (17)
genügen, kann selbst wenn die Fotorezeptortrommel mit feinen
Löchern übersäht ist, eine bemerkenswerte Verschlechterung
der Bildqualität und eine Beschädigung der Elemente
verhindert werden.
Dasselbe gilt in dem Fall, in dem das zu ladende Element und
das Kontaktelement getragen werden, während sie durch einen
kleinen Spalt beabstandet sind. Der Grund dafür wird im
folgenden näher angegeben. Da der Widerstand R der Widerstand
ist, der nach dem Verfahren aus Fig. 10 gemessen wird, stellt
der Widerstand R einen Zustand des Kontakts der
Fotorezeptorschicht und des Kontaktelements dar. In diesem
Fall besteht keine Kontaktfläche S, da das zu ladende Element
nicht im Kontakt mit dem Kontaktelement ist. Daher wird der
Widerstand des Kontaktelements, der gemessen wird, wenn der
Strom I(µA) im Kontaktelement unter tatsächlichen
Bedingungen in einem Zustand eingespeist wird, in dem das zu
ladende Element durch die Metallelektrode ersetzt wird, als
Widerstand R definiert. In diesem Fall ist der die
Flächenabhängigkeit angebende Ausdruck null. Dementsprechend
wird der Ausdruck log(S/s) in den Formeln (8), (13) und (17)
null.
In einem Fall, in dem das zu ladende Element keine
Unterschicht aufweist, und die Fotorezeptorschicht direkt auf
der leitfähigen Schicht sich befindet, ist eine Schadstelle
in der Fotorezeptorschicht, wenn diese hindurchdringt, ein
feines Loch. Daher ist nur der Fall (2) für die schadhafte
Trommel gültig, wenn die Fotorezeptortrommel keine
Unterschicht aufweist. Mit anderen Worten reicht die
Erfüllung der Ungleichung (17) für diese Trommel aus.
Nachfolgend wird die Anwendung der Erfindung auf ein
tatsächliches Bilderzeugungsgerät auf der Basis des
Elektrofotographiesystems beschrieben.
Fig. 11 zeigt Querschnittsansichten, welche schematisch
Ladeelemente zeigen, welche erfindungsgemäße
Kontaktladevorrichtungen bilden. In Fig. 11 ist ein
Ladeelement 10 in Kontakt mit einem zu ladenden Element 50,
und gleiche Teile werden mit den gleichen Bezugsziffern
bezeichnet.
In Fig. 11(a) besitzt das Ladeelement 10 die Form einer
Walze. Das leitfähige Basiselement 11 ist mit einer
leitfähigen elastischen Schicht 12 beschichtet. Das
leitfähige Basiselement 11 ist beispielsweise aus einem
Metall, einer Legierung, einem Harz mit darin dispergiertem
Kohlenstoff, einem Harz mit darin dispergiertem Metallpulver
oder ähnlichem hergestellt. Das Metall kann beispielsweise
Eisen, Aluminium, rostfreies Material, Messing oder ähnliches
sein. Die leitfähige, elastische Schicht 12 ist hauptsächlich
aus einem Material aufgebaut, welches aus den Materialien der
später angegebenen Gruppe a) und einem Material ausgewählt
aus den Materialien der Gruppe b)-1 bis b)-4 aufgebaut.
Auch in Fig. 11(b) ist das Ladeelement 11 als Walze
ausgebildet. Das leitfähige Basiselement 11 ist mit einer
leitfähigen, elastischen Schicht 12 beschichtet. Über die
leitfähige, elastische Schicht 12 ist eine Oberflächenschicht
13 aufgebracht. Das leitfähige Basiselement 11 ist aus einem
Metall, einer Legierung, einem Harz mit darin dispergierten
Kohlenstoff, einem Harz mit darin dispergiertem Metallpulver
und ähnlichem hergestellt. Das Metall kann beispielsweise
Eisen, Aluminium, ein rostfreies Material, Messing oder
ähnliches sein. Die leitfähige, elastische Schicht 12 ist
hauptsächlich aus einem Material ausgewählt, wie es in der
Gruppe a) und in der Gruppe b)-4 angegeben ist. Die
Oberflächenschicht 13 ist hauptsächlich aus einem Material
ausgewählt, wie es in den Gruppen c)-1 bis c)-3 beschrieben
ist.
Auch in Fig. 11(c) weist das Ladeelement die Form einer. Walze
auf. Auf dem leitfähigen Basiselement 11 ist eine leitfähige,
elastische Schicht 12 aufgebracht. Die leitfähige, elastische
Schicht 12 ist mit einer Widerstandsschicht 14 beschichtet.
Das leitfähige Basiselement 11 ist aufgebaut aus einem
Metall, einer Legierung, einem Harz mit darin dispergiertem
Kohlenstoff, einem Harz mit darin dispergiertem Metallpulver
oder ähnlichem.
Das Metall kann Eisen, Aluminium, ein rostfreies Material,
Messing oder ähnliches sein. Die leitfähige, elastische
Schicht 12 ist hauptsächlich aufgebaut aus einem Material,
welches ausgewählt ist aus der Gruppe a) und aus den Gruppen
b)-1 bis b)-4. Die Widerstandsschicht 14 ist hauptsächlich
aus Materialien ausgewählt aus der Gruppe a), und Materialien
ausgewählt aus den Gruppen c)-1 bis c)-3 aufgebaut.
Die leitfähige, elastische Schicht kann fest oder geschäumt
sein. Wenn sie geschäumt ist, kann der Durchmesser der Zellen
im Basisbereich der Schicht größer als der Zelldurchmesser im
Oberflächenbereich sein. Auf der Oberfläche der geschäumten
Schicht kann eine feste Hautschicht vorhanden sein. Die
Oberflächenschicht schützt die leitfähige Elastikschicht und
sie verhindert, daß Zusammensetzungen mit niedrigem
Molekulargewicht, nicht reaktive Zusammensetzungen, Zusätze
und ähnliches aus der leitfähigen Elastikschicht
herausströmen. Wenn ein Ladeelement vom Walzentyp verwendet
wird, kann die Umfangsgeschwindigkeit der Fotorezeptortrommel
gleich oder verschieden von der der Walze sein.
Das Ladeelement 10, wie es in Fig. 11(d) gezeigt ist, weist
die Form einer Bürstenwalze auf. Eine Bürste 15 ist mit dem
leitfähigen Basiselement 11 verbunden oder gebunden. Das
leitfähige Basiselement 11 ist aus einem Metall, einer
Legierung, einem Harz mit darin dispergiertem Kohlenstoff,
einem Harz mit darin dispergiertem Metallpulver oder
ähnlichem hergestellt. Das Metall kann beispielsweise Eisen,
Aluminium, ein rostfreies Material, Messing oder ähnliches
sein. Die Bürste 15 ist hauptsächlich aus einem Material
hergestellt, welches aus Materialien der Gruppe a) sowie aus
Materialien der Gruppen b)-1 bis b)-4 und c)-1 bis c)-3
ausgewählt ist. Für die Verwendung werden diese Materialien
als Fasern geformt.
Das Ladeelement 10, wie es in Fig. 11(e) gezeigt ist, weist
die Form einer Deckenbürste auf. Eine Bürste 15 ist mit einem
leitfähigen Basiselement 11 verbunden oder an dieses
gebunden. Das leitfähige Basiselement 11 ist hergestellt aus
einem Metall, einer Legierung, einem Harz mit darin
dispergiertem Kohlenstoff, einem Harz mit darin dispergiertem
Metallpulver oder ähnlichem. Das Metall kann beispielsweise
Eisen, Aluminium, ein rostfreies Material, Messing oder
ähnliches sein. Die Bürste 15 ist hauptsächlich hergestellt
aus einem Material ausgewählt aus den Materialien der Gruppe
a) und Materialien der Gruppen b)-1 bis b)-4 und c)-1 bis
c)-3. Für eine Verwendung sind diese Materialien als Fasern
ausgebildet.
Das Ladeelement 10, wie es in Fig. 11(f) gezeigt ist, weist
die Form eines Blattes auf. Eine leitfähige Elastikschicht 16
ist mit dem leitfähigen Basiselement 11 verbunden oder an
dieses gebunden. Das leitfähige Basiselement 11 ist
hergestellt aus einem Metall, einer Legierung, einem Harz mit
darin dispergiertem Kohlenstoff, einem Harz mit darin
dispergiertem Metallpulver oder ähnlichem. Das Metall kann
Eisen, Aluminium, ein rostfreies Material, Messing oder
ähnliches sein. Die leitfähige Elastikschicht 16 ist
hauptsächlich hergestellt aus einem Material, welches
ausgewählt ist aus den Materialien der Gruppe a) und
Materialien ausgewählt aus den Gruppen b)-1 bis b)-4 und c)-1
bis c)-3. Für die Verwendung ist dieses Material relativ
steif und in die Form einer Platte gebracht.
Das Ladeelement 10, wie es aus Fig. 11(g) ersichtlich ist,
weist die Form eines Films auf. Ein leitfähiger Film 17 ist
mit dem Basiselement 11 verbunden oder an dieses gebunden.
Das leitfähige Basiselement 11 ist hergestellt aus einem
Metall, einer Legierung, einem Harz mit darin dispergiertem
Kohlenstoff, einem Harz mit darin dispergiertem Metallpulver
oder ähnlichem. Das Metall kann Eisen, Aluminium, ein
rostfreies Material, Messing oder ähnliches sein. Der
leitfähige Film 17 ist hauptsächlich hergestellt aus einem
Material, das ausgewählt ist aus Materialien der Gruppe a)
und Materialien ausgewählt aus den Gruppen b)-1 bis b)-4 und
c)-1 bis c)-3. Für einen Einsatz ist das Material flexibel
und in die Form einer Platte gebracht.
Das aus Fig. 11(h) ersichtliche Ladeelement oder
Kontaktelement 10 weist ebenfalls die Form eines Films auf.
Ein blattartiges Mittel, bestehend aus einer auf einem
leitfähigen Film 18 aufgebrachten Widerstandsschicht 14, ist
so zurückgefaltet, daß es keine Falte bildet. Der verbundene
Teil des blattartigen Mittels ist mit dem leitfähigen
Basiselement 11 verbunden oder an dieses gebunden. Das
leitfähige Basiselement 11 ist aus einem Metall, einer
Legierung, einem Harz mit darin dispergiertem Kohlenstoff,
einem Harz mit darin dispergiertem Metallpulver oder
ähnlichem hergestellt. Das Metall kann Eisen, Aluminium, ein
rostfreies Material, Messing oder ähnliches sein. Der
leitfähige Film 18 ist hauptsächlich hergestellt aus einem
Material ausgewählt aus Materialien der Gruppe a) und
Materialien ausgewählt aus den Gruppen b)-1 bis b)-4 und c)-1
bis c)-3. Für einen Einsatz werden diese Materialien in die
Form eines Filmes gebracht. Die Widerstandsschicht 14 ist
hauptsächlich hergestellt aus einem Material ausgewählt aus
den Materialien der Gruppe a) und Materialien aus denen der
Gruppen c)-1 bis c)-3.
Für das Ladeelement ist es erforderlich, daß dessen
Widerstandswert R, wie er nach der in Fig. 10 gezeigten
Methode bestimmt wird, eine der Formeln (8), (13) und (17)
erfüllt. Die Struktur des Ladeelements ist nicht auf eine,
wie in den Fig. 11(a) bis 11(h) illustriert, beschränkt, und
die Materialien sind nicht begrenzt auf die Materialien, die
unter Bezugnahme auf diese Figuren beschrieben sind. Die an
dem Ladeelement anliegende Spannung kann Gleichspannung sein
(Gleichstrom) oder eine Spannung, die gebildet ist durch
Überlagerung von Wechselspannung auf Gleichspannung.
Untersuchungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung haben
ergeben, daß wenn an das Ladeelement angelegt Gleichspannung
angelegt wird, zwischen dem Widerstandswert R des
Ladeelements, wie er bei dem Verfahren nach Fig. 10 gemessen
wird, der angelegten Spannung Va und dem geladenen Potential
Vs des zu ladenden Elements eine Korrelation besteht. Genauer
gesagt ist, wenn der Widerstand R des Ladeelements etwa
5 . 107 (Ω) oder höher ist, die Spannung Va um eine Spannung
Vs = -600 (V) zu erhalten, Va ≦ -1,17 kV.
Wenn weiterhin der Widerstand R zunimmt, nimmt der absolute
Wert der Spannung Va exponentiell zu. Wenn die Spannung Va um
eine Spannung Vs = -600 V zu erhalten, Va ≧ -2,0 kV ist, ist
R ≦ 3 . 108 (Ω).
Daher sollte der Widerstand R des Ladeelements 3 . 108 (Ω),
vorzugsweise 5 . 107 (Ω) oder weniger betragen.
Die Anwendung für ein Transferelement einer
Kontakttransfervorrichtung wird unter Bezugnahme auf die Fig.
12 näher beschrieben. In dieser Figur befindet sich ein
Transferelement 20 in Kontakt mit einem zu ladenden Element
50, und gleiche Teile werden mit den gleichen Bezugsziffern
bezeichnet.
In dem in Fig. 12(a) gezeigten Transferelement 20, welches
die Form einer Walze aufweist, ist eine leitfähige
Elastikschicht 22 auf ein leitfähiges Basiselement 21
aufgeschichtet. Das leitfähige Basiselement 21 ist ein
Metall, eine Legierung, ein Harz mit darin dispergiertem
Kohlenstoff, einem Harz mit darin dispergiertem Metallpulver
oder ähnliches. Das Metall kann Eisen, Aluminium, ein
rostfreies Material, Messing oder ähnliches sein. Die
leitfähige Elastikschicht 22 ist hauptsächlich aus einem
Material aus den Materialien der Gruppe a) und Materialien
ausgewählt aus den Gruppen b)-1 bis b)-4 aufgebaut.
In dem in Fig. 12(b) gezeigten, ebenfalls walzenförmigen
Übertragungselement 20 ist ein leitfähiges Basiselement 21
mit einer leitfähigen Elastikschicht 22 beschichtet. Die
leitfähige Elastikschicht 22 ist weiterhin mit einer
Oberflächenschicht 23 beschichtet. Das leitfähige
Basiselement 21 ist hergestellt aus einem Metall, einer
Legierung, einem Harz mit darin dispergiertem Kohlenstoff,
einem Harz mit darin dispergiertem Metallpulver oder
ähnlichem. Das Metall kann Eisen, Aluminium, ein rostfreies
Material, Messing oder ähnliches sein. Die leitfähige
Elastikschicht 22 ist hauptsächlich hergestellt aus einem
Material ausgewählt aus Materialien der Gruppe a) und
Materialien der Gruppe b)-1 bis b)-4. Die Oberflächenschicht
23 ist aus einem Material ausgewählt aus den Gruppen c)-1 bis
c)-3 hergestellt.
Das in Fig. 12(c) gezeigte Transferelement 20 weist ebenfalls
die Form einer Walze auf, wobei eine leitfähige
Elastikschicht 21 auf ein leitfähiges Basiselement 21
aufgeschichtet ist. Die leitfähige Elastikschicht 22 ist
weiterhin mit einer Widerstandsschicht 24 beschichtet. Das
leitfähige Basiselement 21 ist aus einem Metall, einer
Legierung, einem Harz mit darin dispergiertem Kohlenstoff,
einem Harz mit darin dispergiertem Metallpulver oder
ähnlichem hergestellt. Das Metall kann Eisen, Aluminium, ein
rostfreies Material, Messing oder ähnliches sein. Die
leitfähige Elastikschicht 22 ist hauptsächlich hergestellt
aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe a) und Material
ausgewählt aus den Gruppen b)-1 bis b)-4. Die
Widerstandsschicht 24 ist hauptsächlich aus einem Material
der Gruppe a) und einem Material ausgewählt aus den Gruppen
c)-1 bis c)-3 hergestellt.
In dem Transferelement 20, welches in der Fig. 12(d) gezeigt
ist, welches die Form einer Bürstenwalze aufweist, ist eine
Bürste 25 mit einem leitfähigen Basiselement 21 verbunden
oder an dieses gebunden. Das leitfähige Basiselement 21 ist
hergestellt aus einem Metall, einer Legierung, einem Harz mit
darin dispergiertem Kohlenstoff, einem Harz mit darin
dispergiertem Metallpulver oder ähnlichem. Das Metall kann
Eisen, Aluminium, ein rostfreies Material, Messing oder
ähnliches sein. Die Bürste 25 ist hauptsächlich hergestellt
aus einem Material ausgewählt aus den Materialien der Gruppe
a), einem Material ausgewählt aus den Gruppen b)-1 bis b)-4
und einem Material ausgewählt aus den Gruppen c)-1 bis c)-3.
Für das Transferelement ist es notwendig, daß dessen
Widerstandswert R, wie er nach dem Verfahren gemäß Fig. 10
bestimmt wird, eine der Formeln (8), (13) und (17) erfüllt.
Die Struktur des Ladeelements ist nicht auf die in den Fig.
12(a) bis 12(d) beschriebenen beschränkt, und die Materialien
sind nicht auf die Materialien, welche unter Bezugnahme auf
diese Figuren genannt wurden, beschränkt.
Materialgruppen
- a) Ruß (beispielsweise Ofenruß, Acethylenruß),
Metalloxidpulver (beispielsweise Indium-Zinnoxid-
Pulver (ITO-Pulver und Zinnoxidpulver), Metall,
Legierungspulver (beispielsweise Silberpulver und
Aluminiumpulver), Salz (beispielsweise quartäre
Ammoniumsalze und Perchlorate), leitfähiges Harz
(beispielsweise Polyacethylen und Polypyrol).
- b) b)-1 Naturkautschuk.
- c) b)-2 Einzelne oder Mischungen der folgenden
Synthesekautschuke:
Silikonkautschuk, Fluorkautschuk, Phlorosilikon
kautschuk, Urethankautschuk, Acrylkautschuk,
Hydronkautschuk, Butadienkautschuk, Styrolbutadien
kautschuk, Nitrilbutadienkautschuk, Isoprenkautschuk,
Chlorpyrinkautschuk, Isobutylen-Isoprenkautschuk,
Ethylen-Propylenkautschuk, chlorsulfonierter Poly
ethylenkautschuk, Thiokol und ähnliches.
- d) b)-3 Elastomeres Material enthaltend Styrolharz,
Vinylchlorid, Polyurethanharz, Polyethylen,
Methacrylatharz, und ähnliches.
- e) b)-4 Weichgummi, wie Polyurethanschaum, Polystyrolschaum,
Polyethylenschaum, Elastomerschaum, Kautschukschaum
und ähnliches.
- f) c)-1 Jedes der folgenden Copolymere oder Gemische der
folgenden duroplastischen Harze:
Acrylharz, wie beispielsweise Polyacrylat und
Polymethacrylat, Styrolharz, wie beispielsweise
Polystyrol und Poly-1-Methylstyrol, Butyralharz,
Polyvinylchlorid, Polyvinylfluorid, Polyvinyliden
fluorid, Polyesterharz, Polycarbonatharz, Cellulose
harz, Polyarylharz, Polyethylenharz, Nylonharz.
- g) c)-2 Jedes Copolymer oder Gemisch der folgenden
wasserlöslichen Harze:
Polyvinylalkohol, Polyacrylalkohol, Polyvinyl
pyrrolidin, Polyvinylamin, Polyacrylamin, Poly
vinylacrylsäure, Polyvinylmethacrylsäure, Polyvinyl
schwefelsäure, Polymilchsäure, Kasein,
Hydroxylpropylcellulose, Stärke, Gummiarabicum,
Polyglutaminsäure, Polyasparaginsäure, Nylonharz und
ähnliches.
- h) c)-3 Duroplastisches Harz, wie beispielsweise Epoxidharz,
Silikonharz, Urethanharz, Melaminharz, Alkydharz,
Polyimidharz, Polyamidharz, Fluorkunststoffharz und
ähnliches.
Fig. 13 zeigt schematisch Querschnitte von erfindungsgemäßen
zu ladenden Elementen.
Ein zu ladendes Element 50, wie es in Fig. 13(a) gezeigt ist,
weist eine dreischichtige Struktur aus einem leitfähigen
Basiselement 51, einer Unterschicht 52, und einer
dielektrischen Schicht 53 als Fotorezeptorschicht auf. Ein in
Fig. 13(b) gezeigtes zu ladendes Element 50 weist eine
zweischichtige Struktur auf, wobei eine dielektrische Schicht
53 direkt auf die Oberfläche eines leitfähigen Basiselementes
51 beschichtet ist, ohne daß eine Unterschicht 52 dazwischen
gelagert ist. Die vorliegende Erfindung ist auf eine Vielzahl
von zu ladenden Elementen anwendbar. Das leitfähige
Basiselement 51 ist aus Metall, einer Legierung, einem Harz
mit darin dispergiertem Kohlenstoff, einem Harz mit darin
dispergiertem Metallpulver oder ählichem hergestellt. Das
Metall kann Eisen, Aluminium, ein rostfreies Material,
Messing oder ähnliches sein.
Die Unterschicht 52 kann ein Metalloxidfilm sein, hergestellt
aus elektrolytisch oxidiertem Aluminium (Al2O3),
Siliziumoxid, Böhmit (AlO(OH)), Siliziumnitrit,
Siliziumkarbit und ähnlichem, oder hauptsächlich aus einem
Material ausgewählt aus den Materialien der Gruppe a und
einem Material ausgewählt aus den Gruppen c)-1 bis c)-3.
Die dielektrische Schicht 53 ist eine Fotorezeptorschicht
enthaltend ein organisches oder anorganisches fotoleitendes
Material oder ein Material, welches ein elektrischer Isolator
ist, ausgewählt aus den Materialien der Gruppen c)-1 bis
c)-3. Eine Fotorezeptorschicht besteht aus zwei Schichten,
einer Ladungserzeugungsschicht (CGL) und einer
Ladungsübertragungsschicht (CTL). Die Schicht ist von einem
Typ mit getrennten Funktionen. Eine andere
Fotorezeptorschicht besteht aus einer einzigen Schicht, in
welcher ein ladungserzeugendes Material (CGM) und ein
Ladungsübertragungsmaterial (CTM) dispergiert und
kompatibilisiert sind. Falls nötig, ist die
Fotorezeptorschicht mit einer Schutzschicht beschichtet.
Es ist klar, daß die Struktur des zu ladenden Elements nicht
auf die Strukturen beschränkt ist, wie sie aus Fig. 13
bekannt sind, und die das zu ladende Element aufbauenden
Materialien sind nicht auf die beschränkt, die unter
Bezugnahme auf diese Figur beschrieben wurden.
Nachfolgend wird ein Bilderzeugungsgerät näher erläutert,
welches eine erfindungsgemäße Kontaktladevorrichtung enthält.
Das in Fig. 14 schematisch gezeigte Bilderzeugungsgerät
verwendet ein Ladeelement, wie dies in Fig. 11(a) gezeigt ist
sowie ein zu ladendes Element wie es in Fig. 13(a) gezeigt
ist. Bei dieser Ausführungsform ist das Ladeelement so
aufgebaut, daß dessen Widerstand R, wenn er nach dem
Verfahren aus Fig. 10 gemessen wird, eine der Gleichungen
(8), (13) und (17) erfüllt.
Ein zu ladendes Element 50 ist aus einem geerdeten,
röhrenförmigen, leitfähigen Basiselement 51, einer darauf
angeordneten Unterschicht 52 und einer darauf beschichteten
dielektrischen Schicht 53 als Fotorezeptorschicht aufgebaut.
Als Antwort auf ein Signal zum Starten der Bilderzeugung
beginnt sich das zu ladende Element 50 mit einer
vorbestimmten Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles W durch
Antrieb eines nicht gezeigten Antriebsmittels zu drehen. Zur
gleichen Zeit dreht sich eine Walze 12 einer
Kontaktladevorrichtung 30 aufgrund der Drehung des zu
ladenden Elements 50. Während der Drehung dieser Bestandteile
ergibt sich ein Funken in einem Spalt, welcher kontinuierlich
dazwischen ausgebildet ist, wodurch die Oberfläche des zu
ladenden Elements 50 bis zu einem vorbestimmten Potential
(beispielsweise -600 V) geladen wird.
In der Kontaktladevorrichtung 30 wird über eine Energiequelle
60 an dem leitfähigen Basiselement 11 des Ladeelements 10
eine Spannung angelegt und ein Druckmittel 61 drückt die
Walze 12 gegen das zu ladende Element 50.
Die Spannung, welche an dem leitfähigen Basiselement 11
angelegt ist, um das zu ladende Element 50 bis zu einem
vorbestimmten Potential zu laden, kann Gleichspannung
(Gleichstrom) oder eine Spannung sein, die durch Überlagerung
von Wechselspannung auf Gleichspannung gebildet ist. Die
Ladungspolarität wird in Übereinstimmung mit den
Eigenschaften der verwendeten Fotorezeptorschicht bestimmt.
Von einer nicht gezeigten, latenten Bilderzeugungseinrichtung
emittiertes Licht 31 erzeugt ein latentes Bild, welches einem
Bild auf einem Originaldokument entspricht, auf dem zu
ladenden Element 50. Aus einer Entwicklereinrichtung 32
bereitgestellter Toner wird elektrisch auf das latente Bild
auf dem zu ladenden Element 50 angezogen, so daß das latente
Bild in ein Tonerbild übertragen wird. Das auf dem zu
ladenden Element 50 befindliche Tonerbild wird auf ein
Aufzeichnungsmedium 33 für die Bildübertragung übertragen,
welches sich mittels eines Übertragungsmittels 34 in Richtung
eines Pfeils bewegt. Das übertragene Bild wird auf dem
Aufzeichnungsmedium 33 für die Bildübertragung gesichert und
mittels einer nicht gezeigten Fixiereinrichtung fixiert.
Auf dem zu ladenden Element 50 nach dem Übertragungsschritt
verbliebener Toner wird mittels einer Reinigungseinrichtung
35 entfernt, und er wird, falls dies notwendig ist, einem
Entladelicht 36 aus einer nicht gezeigten Lichtquelle
ausgesetzt, um sicherzustellen, daß die Restladung entfernt
wird. Danach wird das zu ladende Element 50 wiederum bis zu
einem vorbestimmten Potential durch die
Kontaktladeeinrichtung 30 zur Vorbereitung für den
nachfolgenden elektrofotografischen Prozeß geladen.
Die Einrichtung zur Erzeugung eines latenten Bildes kann eine
bekannte Einrichtung sein, wie beispielsweise ein optisches
Lasersystem, LED und LCS.
Die Entwicklereinrichtung 32 kann eine
Zweikomponentenmagnetbürstenentwicklereinrichtung, eine
einkomponentenmagnetische Bürstenentwicklereinrichtung, eine
Einkomponentenspringentwicklereinrichtung, eine
Einkomponentendruckkontaktentwicklereinrichtung und ähnliches
sein. Der als Entwickler eingesetzte Toner enthält Teilchen
von 5 bis 20 µm, hergestellt aus einem Bindeharz, wie
beispielsweise Polyesterharz und Styrolacrylharz, in welchem
ein Färbematerial dispergiert ist. Falls dies nötig ist, ist
extern oder intern zu dem Bindeharz, das ein darin
dispergiertes Färbemittel enthält, ein oberflächenaktives
Mittel (Dispergiermittel), ein Ladungssteuerungsmittel, ein
Offsetwiderstandsmittel, ein Füllmittel, oder ein
Fließverbesserungsmittel zugesetzt. Das oberflächenaktive
Mittel ist eine Metallseife, Polyethylenglykol oder
ähnliches. Das Ladungssteuerungsmittel ist ein
elektronenaufnehmender, organischer Komplex, chlorierter
Polyester, Nitrohuminsäure, quarternäres Amoniumsalz,
Pyridiniumsalz oder ähnliches. Das Offsetwiderstandsmittel
ist beispielsweise Polypropylen. Das Füllmittel ist
beispielsweise Talg. Das Fließverbesserungsmittel ist SiO2,
TiO2 oder ähnliches. Der Toner wird gleichförmig gemischt und
in der Entwicklereinheit verteilt, und bis zu einem
vorbestimmten Potential geladen. In der Entwicklereinheit
kann er mit Trägern gemischt werden. Bei der umgekehrten
Entwicklung ist die Ladungspolarität des Toners negativ in
einem Zustand, in dem die Ladungspolarität des zu ladendenden
Elements 50 negativ ist.
Die Übertragungseinrichtung 34 kann ein Mittel zur
elektrostatischen Übertragung des Tonerbilds sein, wie
beispielsweise ein Koronalademittel oder ein
Kontaktübertragungsmittel. Die Reinigungseinrichtung 35 kann
eine Klinge sein oder eine Fellbürste. Als Entladelicht 36
kann eine LED-Lampe verwendet werden. Das Entladelicht 36 ist
nicht unbedingt zur Bilderzeugung notwendig.
Auf diese Weise wird auf dem Aufzeichnungsmedium 33 für die
Bildübertragung ein Bild erzeugt.
Der Widerstandswert R des bei dieser Ausführungsform
verwendeten Ladeelements, welcher durch das Verfahren nach
Fig. 10 gemessen wurde, erfüllt die Formeln (8), (13) oder
(17). Somit ist das erzeugte Bild frei von schwarzen Streifen
und das Ladeelement wird nicht verschlechtert. Es können
zuverlässig Bilder mit hoher Qualität produziert werden.
Der in Fig. 15 schematisch gezeigte Bilderzeugungsapparat
enthält ein aus Fig. 12(a) bekanntes Übertragungselement und
ein zu ladendes Element, wie es in Fig. 13(a) gezeigt ist.
Bei dieser Ausführungsform ist das Transferelement so
aufgebaut, daß dessen Widerstand R, gemessen durch das
Verfahren aus Fig. 10, eine der Formeln (8), (13) und (17)
erfüllt.
Ein zu ladendes Element 50 weist ein geerdetes,
röhrenförmiges, leitfähiges Basiselement 51, eine darauf
angeordnete Unterschicht 52, sowie eine dielektrische Schicht
53, die auf der Unterschicht 52 aufgetragen ist, als
Fotorezeptorschicht auf. Als Antwort auf ein Startsignal für
die Bilderzeugung beginnt sich das zu ladende Element 50 mit
einer vorbestimmten Geschwindigkeit in Richtung eines Pfeiles
W durch den Antrieb eines nicht gezeigten Antriebsmittels zu
drehen. Die Oberfläche des zu ladenden Elements 50 wird
mittels einer Ladeeinrichtung 37 bis zu einem vorbestimmten
Potential geladen. Von einer nicht gezeigten Einrichtung zur
Erzeugung eines latenten Bildes emittiertes Licht 31 erzeugt
ein latentes Bild, welches einem Bild auf einem
Originaldokument entspricht, auf dem zu ladenden Element 50.
Der aus einer Entwicklereinrichtung 32 zur Verfügung
gestellte Toner entwickelt das latente Bild auf dem zu
ladenden Element 50 in ein Tonerbild. Das auf dem zu ladenden
Element 50 befindliche Tonerbild wird auf das
Aufzeichnungsmedium 33 für die Bildübertragung übertragen,
welches sich in Richtung eines Pfeils mittels einer
Kontaktübertragungseinrichtung 40 bewegt. Das übertragene
Bild wird auf dem Aufzeichnungsmedium 33 für die
Bildübertragung gesichert und mittels einer nicht gezeigten
Fixiereinrichtung fixiert.
Bei der Kontaktübertragungseinrichtung 40 wird auf das
leitfähige Basiselement 21 durch eine Energiequelle 62 eine
Spannung übertragen, deren Polarität der Ladungspolarität des
Toners entgegengesetzt ist. Eine Druckeinrichtung 63 drückt
die leitfähige Elastikschicht 22 gegen das zu ladende Element
50. Das Transferelement 20 dreht sich mit der Drehung des zu
ladenden Elements 50.
Nach dem Übertragungsschritt wird auf dem zu ladenden Element
50 verbliebener Toner mittels einer Reinigungseinrichtung 35
entfernt, und falls dies notwendig ist, wird es Entladelicht
36 ausgesetzt, welches von einer nicht gezeigten Lichtquelle
emittiert wird, um die Entfernung restlicher Ladung
sicherzustellen. Danach wird da zu ladende Element 50 erneut
durch die Ladeeinrichtung 37 zur Vorbereitung für den
nachfolgenden elektrografischen Prozeß auf ein vorbestimmtes
Potential geladen.
Während der Zeit bis das Tonerbild auf dem zu ladenden
Element 50 eine Übertragungsposition erreicht, kann das
Transferelement durch eine Änderung der Energiequelle zu
einer anderen Energiequelle mittels eines nicht gezeigten
Schalters gereinigt werden. In diesem Fall ist die Polarität
der Reinigungsspannung die gleiche wie die Ladungspolarität
des Toners.
Das Transferelement 20 kann auch mittels eines Getriebes und
nicht durch die Drehung des zu ladenden Elements 50
angetrieben werden.
Auf diese Weise wird auf dem Aufzeichnungsmedium 33 für die
Bildübertragung ein Bild erzeugt.
Der Widerstandswert R des bei dieser Ausführungsform
verwendeten Transferelements, welcher nach dem in Fig. 10
gezeigten Verfahren gemessen wurde, genügt der Formel (8),
(13) oder (17). Das erzeugte Bild ist daher frei von
schwarzen Streifen und das Übertragungselement bleibt frei
von Beschädigungen. Bilder mit hoher Qualität können
zuverlässig hergestellt werden.
Nachfolgend werden im Detail bestimmte Beispiele der
vorliegenden Erfindung näher erläutert.
Beispiel 1
Ein Ladeelement einer Kontaktladeeinrichtung enthielt die
Elemente A bis 6 mit einer effektiven Länge von 22, 5 cm, wie
sie unten aufgeführt sind. Die zu ladenden Elemente waren
röhrenförmig mit einem Durchmesser von 3 cm, aufgebaut aus
einem röhrenförmigen, leitfähigen Basiselement aus Aluminium,
einer anodisch oxidierten Aluminiumunterschicht mit einer
Dicke von 8 µm, und einer dielektrischen Schicht als
Fotorezeptorschicht mit einer Dicke von 20 µm, welche negativ
aufgeladen werden und Ladungen trennen kann.
- A) Element A
Das Element A ist eine Walze mit einer leitfähigen,
elastischen Schicht aus Urethanschaum, dem Ruß intern
zugegeben war. Die Walze ist gekennzeichnet durch einen
spezifischen Volumenwiderstand von 107 Ω.cm, einer Asker C-
Härte von 30(°), einem Zelldurchmesser von 200 µm und einer
Dicke von 5 mm.
- B) Element B
Das Element B ist eine Walze mit einer leitfähigen,
elastischen Schicht aus Polyurethanschaum vom Offenzelltyp,
dem Ruß intern zugegeben wurde. Die Walze ist gekennzeichnet
durch einen spezifischen Volumenwiderstand von 108 Ω.cm,
eine Asker C-Härte von 26(°), einem Zellendurchmesser von
10 µm bestimmt durch das Blasenpunktverfahren, und einer
Dicke von 5 mm.
- C) Element C
Das Element C ist eine Walze mit einer leitfähigen,
elastischen Schicht aus Urethangummi mit intern zugesetztem
Perlklorat. Die Walze ist gekennzeichnet durch einen
spezifischen Volumenwiderstand von 9 . 106 Ω.cm, einer
Asker C-Härte von 60(°) und einer Dicke von 5 mm.
- D) Element D
Das Element D ist eine Walze mit einer leitfähigen,
elastischen Schicht aus einem Silikonschaum, dem Ruß intern
zugesetzt worden war (spezifischer Volumenwiderstand: 105 Ω.
cm). Eine Nylonröhre, welche sich unter Wärme zusammenzieht,
mit intern zugegebenem Perlklorat (spezifischer
Volumenwiderstand: 5 . 109 Ω.cm und Dicke: 50 µm) wird auf
die Walze mit der darauf beschichteten leitfähigen,
elastischen Schicht aufgebracht (Asker C-Härte 60(°), Dicke
5 mm).
- E) Element E
Das Element E ist eine Walze mit einer leitfähigen,
elastischen Schicht aus Silikonschaum mit zugegebenem Ruß
(spezifischer Volumenwiderstand 105.Ω.cm). Eine Nylonröhre,
welche sich unter Wärme zusammenzieht, mit intern zugegebenem
Ruß (spezifischer Volumenwiderstand 5.1010 Ω.cm) wird auf
die Walze mit der darauf aufgetragenen leitfähigen
elastischen Schicht aufgebracht (Asker C-Härte 60(°), Dicke
5 mm).
- F) Element F
Das Element F ist eine Deckenbürste aus regenerierten
Cellulosefasern mit intern dazugegebenem Ruß (600(D)/100(F),
100000 (F/inch2) (100000 (F/6,45 cm2), spezifischer
Volumenwiderstand 108 Ohm.cm, Bürstenlänge 5 mm und
Bürstenbreite 8 mm).
- G) Element G
Das Element G ist ein Polyethylenfilm (spezifischer
Volumenwiderstand 109 Ω.cm und Dicke 40 µm), doppelt
gefaltet wie in Fig. 11(h) gezeigt und unterstützt mit einer
Aluminiumschicht, welche intern zugegebenen Ruß enthält.
Um den spezifischen Volumenwiderstand zu bestimmen, wurde ein
zu messendes Objekt als Teststück in einen Block oder ein
Blatt geschnitten und es wurde durch ein
Hochwiderstandsmeßgerät (beispielsweise HIRESTA IP,
hergestellt von Mitsubishi Yuka Co., Ltd.) in einem Zustand
gemessen, bei dem 100 V an dem Teststück für eine Minute
angelegt wurden. Die Messung wurde in einer NN-Umgebung
durchgeführt (20°C und 50% relative Feuchtigkeit). Falls
nichts anderes angegeben ist, werden die nachfolgenden
Messungen in der NN-Umgebung durchgeführt.
In dem zu ladenden Element wurden absichtlich Schadstellen
gebildet. Jedes der schadhaften zu ladenden Elemente und
jedes der Elemente A bis G wurden in das in Fig. 14 gezeigte
Gerät zur Bilderzeugung eingesetzt. Dann wurden Bilder
erzeugt und der Zustand der Bilder wurde untersucht. Jedesmal
wenn ein Element durch ein anderes ersetzt wurde, wurde das
zu ladende Element durch ein neues ersetzt.
Schadstellen mit einem Durchmesser von etwa 0,3 mm oder mehr
können visuell untersucht werden. Zu ladende Elemente mit so
großen Schadstellen können daher entfernt werden, bevor sie
verwendet werden. Unter Berücksichtigung dessen wurde der in
dem zu ladenden Element gebildete Defekt auf einem
Durchmesser von 0,3 mm eingestellt (die Fläche wurde auf
7.10-4 cm2 eingestellt) als kritische Größe bei der
visuellen Überprüfung. Es wurden zwei Arten von Schadstellen
gebildet: Der eine Typ wird als feines Loch bezeichnet
(Schadstelle, welche sowohl durch die Unterschicht als auch
die Fotorezeptorschicht reicht), und die andere Art ist eine
Schadstelle, bei der lediglich die Fotorezeptorschicht
zerstört und die Unterschicht nicht erreicht wird.
Bevor eine Untersuchung durchgeführt wurde, wurde jedes
Ladeelement in das in Fig. 14 gezeigte Bilderzeugungsgerät
eingesetzt. Die Spannung Va und der Strom I, welche zum Laden
eines zu ladenden Elements auf -600 V notwendig sind, wurden
bestimmt. Die Umfangsgeschwindigkeit des zu ladenden Elements
betrug 3 cm pro Sekunde. Das Ergebnis der Messungen war, daß
Va = -1,16 kV und I = -6 µA war.
Der Widerstand R des Elements wurde durch die
Widerstandsmeßmethode, wie sie in Fig. 10 gezeigt ist,
bestimmt. Der eingespeiste Strom betrug -6 µA, und die
Metallelektrode 110 war eine röhrenförmige Elektrode von 3 cm
Durchmesser, welche mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 3 cm
pro Sekunde gedreht wurde. An die Elemente A bis E wurde eine
Belastung von 1 kg angelegt, um diese gegen die
Metallelektrode 110 zu drücken. Bei den Elementen F und G
befand sich ein Zwischenraum von 3 mm zwischen dem
leitfähigen Basiselement und der Metallelektrode. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Va betrug -1,16 kV und der begrenzte Stromwert der
Energiequelle betrug -20 µA. Die Ergebnisse der Experimente
sind ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt.
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, ergeben sich Bilder mit
schwarzen Streifen oder schwarzen Punkten, wenn
Fotorezeptorschichten mit Schadstellen und feinen Löchern
verwendet werden 81934 00070 552 001000280000000200012000285918182300040 0002004337876 00004 81815, welche keine Verbindung mit den
Widerstandswerten R der Elemente aufweisen. In Fällen, in
denen die Bilder nur schwarze Punkte enthielten, ist klar,
daß Maßnahmen ergriffen worden sind, um das Problem der
feinen Löcher zu lösen.
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß die herkömmliche
Maßnahme zur Erhöhung des Widerstands des Elements oder des
spezifischen Volumenwiderstands des Elements oder die
Maßnahme, das Element in einer vielschichtigen Struktur
aufzubauen, zur Lösung des Problems der feinen Löcher nicht
geeignet ist.
Um die Auswirkungen der Erfindung zu bestätigen, wurden die
folgenden Messungen durchgeführt. Es wurde ein Teststück
hergestellt, bei dem lediglich eine Unterschicht aus einer
anodisch oxidierten Aluminiumschicht von 8 µm Dicke auf einem
röhrenförmigen, leitfähigen Basiselement aus Aluminium
ausgebildet wurde. Die Durchschlagspannung Vt der
Unterschicht und der Widerstandswert Rp der Unterschicht
wurden bestimmt. Die Fläche S einer in Kontakt mit der
Oberfläche der Unterschicht gebrachten Elektrode betrug 6,57
cm2 (entsprechend einer Spaltenbreite von 3 mm). Es ergaben
sich die folgenden Meßergebnisse: Vt (Durchschlagspannung) =
-300 V und Rp (Widerstand) = 2.106 Ω. Entsprechend war i =
-300/(2.106) = -150.10-6 = -150 µA.
Die Flächenabhängigkeit des Widerstands der Unterschicht
wurde gemessen. Die Elektrodenfläche wurde auf 4 Werte
eingestellt: 6,75 cm2, 1 cm2, 0,5 cm2 und 0,1 cm2. Die
Stromdichte betrug {-300/(2.106)}/6,75 = -22,2.10-6 =
-22,2 µA/cm2. Die gemessenen Werte wurden, wie in Fig. 3
gezeigt, in einer grafischen Darstellung aufgetragen, in
welcher die Abszisse den logarithmischen Wert der Fläche und
die Ordinate den logarithmischen Wert des Widerstands
darstellt. Eine Verbindung der gemessenen Werte ergab eine
Gerade mit der Steigung -1. Daher ist α = 1.
Dann wurde ein feines Loch von 0,3 mm ∅ in einem zu ladenden
Element gebildet. Ein tolerierbarer Stromwert, innerhalb
dessen keine weitere Vergrößerung des feinen Lochs erfolgt
oder bei dem eine weitere Verschlechterung des Elementes
nicht voranschreitet, wurde gemessen.
Der Strom wurde schrittweise erhöht, während der Zustand des
feinen Lochs und des Elements beobachtet wurde. Der Strom,
bei dem das feine Loch sich zu vergrößern beginnt, oder der
Strom, bei dem eine Verschlechterung des Elements beginnt,
wurde gemessen. Das verwendete Element war Element A. Es
wurde für 30 Minuten ein konstanter Strom eingespeist. Es
ergab sich, daß keine Vergrößerung der feinen Löcher und
keine Verschlechterung des Elements auftrat, bis der Strom
auf -3 µA erhöht worden war. Dementsprechend ist k = -3 µA.
Da die Durchschlagspannung Vt der Unterschicht -300 V
beträgt, ist |Vt| ≦ |Va|. Um das Problem mit den feinen Löchern zu
umgehen, muß eine der Gleichungen (8) oder (17) erfüllt sein.
Um ein Durchschlagen der Unterschicht zu verhindern, beträgt
der in den Bereich s(cm2) der Unterschicht fließende Strom
|-22,2.7.10-4| = |-0,02 µA| < |-3 µA|. Dieser Strom kann die
Schadstellen der Fotorezeptorschicht nicht vergrößern.
Die Flächenabhängigkeit 1 - β und die Stromabhängigkeit γ des
Widerstands der Elemente A bis G wurde bestimmt.
Bei der Messung der Flächenabhängigkeit des
Elementwiderstands, wurde die Elektrodenfläche in vier
Bereiche eingeteilt: 6,75 (cm2), 1 (cm2), 0,5 (cm2) und 0,1
(cm2). Die Stromdichte wurde in zwei Bereiche eingeteilt:
{-300/(2.106)}/6,75 = -22,2.10-6[-22,2 µA/cm2] und
(-3.10-6/7.10-4) = -4,3.10-3(-4,3 mA/cm2). Die
entsprechenden gemessenen Stromdichten wurden in eine
grafische Darstellung eingetragen, in welcher die Abszisse
die logarithmischen Werte der Fläche und die Ordinate die
logarithmischen Werte des Widerstands darstellen, wie dies in
Fig. 3 gezeigt ist. Durch eine Verbindung der gemessenen
Werte ergab sich eine Steigung einer Geraden, und auf diese
Weise wurde der Wert β erhalten.
Bei der Messung der Stromabhängigkeit des Elementwiderstands
wurde die Elektrodenfläche auf 6,75 cm2 und die Stromdichte
in vier Bereiche eingestellt: -0,1 (µA), -1 (µA), -6 (µA) und
-100 (µA). Die gemessenen Werte wurden in eine grafische
Darstellung eingetragen, in welcher die Abszisse einen
logarithmischen Wert des Stroms und die Ordinate einen
logarithmischen Wert des Widerstands darstellt, wie dies in
Fig. 5 gezeigt ist. Durch eine Verbindung der gemessenen
Werte ergab sich eine Gerade mit einer Steigung, wodurch der
Wert γ erhalten wurde.
Die β-Binde- und γ-Bindewerte der Elemente A bis G sind in der
Tabelle 2 gezeigt. Die Stromdichte 1 betrug -22,2 µA/cm2 und
die Stromdichte 2 betrug -4,3 mA/cm2. Die Widerstandswerte
dieser Elemente sind in Tabelle 2 ebenfalls gezeigt.
Dann wurde überprüft, ob die Formel (8) oder (17) unter
Verwendung der in Tabelle 2 gezeigten Werte erfüllt ist oder
nicht, Va = -1160 V, S/s = 9600, i/I = 25, k/I = 0,5, α = 1,
Vt = -300 V und Rp = 2.106 Ohm. Die Ergebnisse der
Überprüfung sind in Tabelle 3 gezeigt.
In Tabelle 3 sind die Widerstandswerte R als logarithmische
Werte ausgedrückt. In den Spalten der Formeln (8) und (17)
bedeutet ein offener Kreis, daß die Formel erfüllt ist, und
ein kleines x, daß die Formel nicht erfüllt ist. Berechnete
Werte der rechten Seite der Formel sind ebenfalls gezeigt.
Ein Vergleich der Tabellen 1 und 3 zeigt, daß bei Elementen,
deren Schadstellen sich nicht in feine Löcher auswachsen und
deren durch Schadstellen verursachte Bildfehler schwarze
Punkte bleiben, entweder die Formel (8) oder die Formel (17)
erfüllen.
In einem weiteren Test wurden die Elemente C, D, F und G
sowie ein zu ladendes Element ohne Schadstellen in das in
Fig. 14 gezeigte Bilderzeugungsgerät eingesetzt und es wurden
10000 Bilder auf einem Aufzeichnungsmedium für die
Bildübertragung der Größe A4 erzeugt. Es konnte bestätigt
werden, daß keine Bilder mit schwarzen Streifen erzeugt
wurden.
Beispiel 2
Die verwendeten, zu ladenden Elemente waren jeweils ein
röhrenförmiges geladenes Element von 3 cm Durchmesser, welche
ein röhrenförmiges, leitfähiges Basiselement aus Aluminium,
eine Unterschicht von 10 µm Dicke und hergestellt aus Nylon
mit mittlerem Widerstand, und eine dielelektrische Schicht
als Fotorezeptorschicht von 20 µm Dicke aufwiesen, welche
negativ geladen werden und Ladungen trennen können.
Wie in Beispiel 1 wurden Schadstellen von 0,3 mm Durchmesser
absichtlich auf dem zu ladenden Element gebildet. Jede der
Schadstellen beschädigte das zu ladende Element und jedes der
Elemente A bis G wurde in das in Fig. 14 gezeigte
Bilderzeugungsgerät eingesetzt. Dann wurden Bilder erzeugt
und der Status der Bilder untersucht. Jedesmal, wenn ein
Element durch ein anderes ersetzt wurde, wurde das zu ladende
Element durch ein neues ersetzt.
Bevor ein Experiment durchgeführt wurde, wurde jedes
Ladeelement, wie in Fig. 14 gezeigt, in das
Bilderzeugungsgerät eingesetzt. Die Spannung Va und der Strom
I, die notwendig sind, um ein zu ladendes Element auf -600 V
zu laden, wurden gemessen. Die Umfangsgeschwindigkeit des
geladenen Elements war 3 cm pro Sekunde. Die Ergebnisse der
Messungen waren Va = -1,16 kV und I = -6 µA.
In dem Experiment betrug Va = -1,16 kV und der begrenzte
Stromwert der Energiequelle -20 µA. Die Ergebnisse des
Experiments sind in Tabelle 4 gezeigt.
Es wurde ein Teststück hergestellt, bei dem lediglich eine
Unterschicht aus einer Nylonschicht mit mittlerem Widerstand
mit einer Dicke von 10 µm auf einem röhrenförmigen,
leitfähigen Basiselement aus Aluminium ausgebildet war. Die
Durchschlagspannung Vt der Unterschicht und der
Widerstandswert Rp der Unterschicht wurden bestimmt. Die
Fläche S einer in Kontakt mit der Oberfläche der Unterschicht
gebrachten Elektrode war 6,57 cm2 (entsprechend einer
Klemmbreite von 3 mm). Die Meßergebnisse waren: Vt = -1000 V
und Rp = 1.107 Ohm. Der Wert für i betrug -1000/(1.107) =
-100.10-6 = -100 µA.
Anschließend wurde die Flächenabhängigkeit des Widerstands
der Unterschicht gemessen. Die Elektrodenfläche wurde in vier
Bereiche eingeteilt: 6,75 (cm2), 1 (cm2), 0,5 (cm2) und 0,1
(cm2). Die Stromdichte betrug {-1000/(1.107)}/6,75 =
-14,8.10-6 = -14,8 µA/cm2. Die gemessenen Werte wurden, wie
in Fig. 3 gezeigt, in eine grafische Darstellung eingetragen,
in welcher die Abszisse den logarithmischen Wert der Fläche
und die Ordinate den logarithmischen Wert des Widerstands
darstellt. Eine Verbindung der Meßpunkte ergab eine Gerade
mit der Steigung von -0,95. Daher beträgt α = 0,95.
Dann wurde in einem zu ladenden Element ein feines Loch mit
einem Durchmesser von 0,3 mm gebildet. Ein akzeptabler
Stromwert, bei dem keine weitere Vergrößerung des feinen
Lochs erfolgte oder eine weitere Schädigung des Elements
nicht voranschritt, wurde gemessen.
Der Strom wurde schrittweise erhöht, während der Zustand des
feinen Lochs und des Elements beobachtet wurde. Der Strom,
bei dem das feine Loch sich zu vergrößern beginnt oder der
Strom, bei dem die Verschlechterung des Elements beginnt,
wurde gemessen. Das verwendete Element war Element A. Es
wurde für dreißig Minuten ein konstanter Strom eingespeist.
Das Ergebnis war, daß keine Vergrößerung des feinen Lochs und
keine Verschlechterung des Elements beobachtet wurde, bis der
Strom auf -0,5 µA erhöht worden war. Demgemäß ist k =
-0,5 µA.
Da die Durchschlagspannung Vt der Unterschicht -1000 V
beträgt, ist |Vt| ≦ |Va|.
Um das Problem der feinen Löcher zu vermeiden, muß entweder
die Formel (8) oder (17) erfüllt sein. Um ein Durchschlagen
der Unterschicht zu verhindern, darf der Strom, der in die
Fläche s der Unterschicht fließt |-14,8.7.10-4| = |-0,01
µA| < |-0,5 µA| sein. Dieser Stromwert kann die Schadstelle der
Fotorezeptorschicht nicht vergrößern.
Die Flächenabhängigkeit der Elemente A bis G hängt nur wenig
von der Stromdichte ab, wie aus Tabelle 2 ersichtlich. Daher
wurde die Stromdichte 1 aus Tabelle 2 für die Bestimmung der
Flächenabhängigkeit verwendet.
Es wurde überprüft, ob die Formel (8) oder (17) erfüllt ist
oder nicht, unter Verwendung der Werte β und γ, wie sie in
Tabelle 2 gezeigt sind, Va = -1160 (V), S/s = 9600, i/I =
16,7, k/I = 0,083, α = 0,95, Vt = -1000 (V) und Rp = 1.107
(Ω).
Die Ergebnisse der Überprüfung sind in Tabelle 4 gezeigt.
In der "Bild" -Spalte von Tabelle 4 bedeutet die Abkürzung BS
einen schwarzen Strich und die Abkürzung BD einen schwarzen
Punkt. Die Widerstandswerte R sind als logarithmische Werte
ausgedrückt. In den Spalten der Formeln (8) und (17) bedeutet
ein offener Kreis, daß die Formel erfüllt ist, und ein
kleines x, daß die Formel nicht erfüllt ist. Berechnete Werte
der rechten Seite der Formel sind ebenfalls gezeigt.
Wie aus Tabelle 4 ersichtlich ist, ist in Fällen, in denen
der gebildete Bildfehler ein schwarzer Punkt bleibt, entweder
die Formel (8) oder die Formel (17) erfüllt. Ein Vergleich
der Tabellen 3 und 4 ergibt, daß wenn das zu ladende Element
durch ein anderes ersetzt wird, der Bildfehler (schwarzer
Streifen oder schwarzer Punkt) sich zu einem anderen Typ des
Bildfehlers verändert, wenn dasselbe Element verwendet wird.
In einem weiteren Test, wurden die Elemente C, D und G und
ein zu ladendes Element ohne Schadstellen in das in Fig. 14
gezeigte Bilderzeugungsgerät eingesetzt, und auf 10000
Blättern eines Aufzeichnungsmediums über die Bildübertragung
der Größe A4 wurden Bilder erzeugt. Es wurden keine Bilder
beobachtet, welche schwarze Streifen aufwiesen.
Beispiel 3
Die Elemente C, D, F und G, welche mit dem feinen Lochproblem
in Beispiel 1 fertig wurden, wurden als Ladeelemente
verwendet. Das selbe wie in Beispiel 1 verwendete zu ladende
Element wurde eingesetzt. Es wurde überprüft, ob das Gerät
unter Verwendung dieser Elemente das Problem der feinen
Löcher lösen konnte oder nicht. Die Überprüfungsmessungen
wurden in Umgebungen durchgeführt, die von der im Beispiel 1
verschieden waren, nämlich einer LL-Umgebung (10°C und 15%
relative Feuchtigkeit) und einer HH-Umgebung (35°C und 65%
relative Feuchtigkeit).
Bevor eine Untersuchung durchgeführt wurde, wurde jedes
Ladeelement in das in Fig. 14 gezeigte Gerät eingesetzt. Die
Spannung Va und der Strom I, welche notwendig sind, um ein zu
ladendes Element auf -600 V aufzuladen, wurde in den
verschiedenen Umgebungen gemessen. Die Umfangsgeschwindigkeit
des geladenen Elements betrug 3 cm pro Sekunde. Die
Ergebnisse der Messungen waren Va = -1,16 kV und I = -6 µA
auch in den verschiedenen Umgebungen.
Wie im Beispiel 1 wurden in dem zu ladenden Element
absichtlich Schadstellen mit einem Durchmesser von 0,3 mm
gebildet. Unter einer Spannung von Va = 1,16 kV und einem
beschränkten Strom der Energiequelle von -20 µA wurden Bilder
gebildet und der Zustand der Bilder untersucht. Jedesmal,
wenn das Element durch ein anderes ersetzt wurde, wurde das
zu ladende Element durch ein neues ersetzt. Die Ergebnisse
der Beobachtung sind in Tabelle 7 gezeigt.
Dann wurde die Durchschlagspannung Vt der Unterschicht, der
Widerstand Rp der Unterschicht und die Flächenabhängigkeit
1 - α des Widerstands bestimmt. Weiterhin wurde ein feines
Loch von 0,3 mm Durchmesser absichtlich in dem zu ladenden
Element erzeugt. Eine tolerierbare Stromstärke k, bei der
keine weitere Vergrößerung des feinen Lochs oder keine
weitere Verschlechterung des Elementes voranschreitet, wurde
gemessen. Die Ergebnisse der Messungen in den Umgebungen LL
und HH sowie zusätzlich in der Umgebung NN sind in Tabelle 5
gezeigt.
Die Ergebnisse von Tabelle 5 zeigen, daß die Zündspannung Vt
der Unterschicht und der Widerstand Rp der Unterschicht in
den verschiedenen Umgebungen variieren.
Nachdem |Vt| ≦ |Va| ist, muß zumindest eine der Gleichungen (8)
oder (17) erfüllt sein, um das Problem des feinen Lochs zu
vermeiden.
Die Ergebnisse der Messungen der Widerstandswerte R, der
Flächenabhängigkeit 1 - β des Widerstands und der
Stromabhängigkeit γ des Widerstands der Elemente C, D, F und G
sind in der Tabelle 6 gezeigt. In dieser Tabelle wurden die
β-Werte bei Stromdichten von -9,9, -22,2, -41,2 (µA/cm2) und
in den Umgebungen LL, NN und HH erhalten. Die gemessenen
Werte in der Umgebung NN werden ebenfalls in Tabelle 6
gezeigt.
Tabelle 6 zeigt, daß der Widerstand R des Elements, wie der
Widerstand Rp der Unterschicht, von den Umgebungen abhängt,
aber die Flächenabhängigkeit 1 - β des Widerstands und die
Stromabhängigkeit γ des Elementwiderstands nur wenig von den
Umgebungen abhängt.
Es wurde überprüft, ob die Gleichung (8) oder (17) erfüllt
wird oder nicht, wobei die Werte aus den Tabellen 5 und 6,
Va = -1160 (V) und S/s = 9600 eingesetzt wurden.
Tabelle 7 zeigt auch die Ergebnisse dieser Überprüfung.
In der "Bild"-Spalte in Tabelle 7 bedeutet die Abkürzung BS
einen schwarzen Streifen und die Abkürzung BD einen schwarzen
Punkt. In den Spalten für die Formeln (8) und (17) bedeutet
ein offener Kreis, daß die Formel erfüllt ist und ein kleines
x, daß die Formel nicht erfüllt ist. Die berechneten Werte
für die rechte Seite der Formeln sind ebenfalls gezeigt.
Wie aus Tabelle 7 ersichtlich ist, bildet eines der Elemente
einen schwarzen Streifen auf dem Bild durch das feine Loch,
wenn die Meßumgebung in eine andere Meßumgebung abgeändert
wird. Es ist ebenfalls ersichtlich, daß der schwarze Punkt
nicht zu einem schwarzen Streifen geändert wird, wenn eine
der Formeln (8) und (17) erfüllt ist. Es konnte damit
bestätigt werden, daß die vorliegende Erfindung unabhängig
von der Umgebung gültig ist.
In einem weiteren Test wurden die Elemente C, D und G und ein
zu ladendes Element ohne Schadstellen in das in Fig. 14
gezeigte Bilderzeugungsgerät eingesetzt, und es wurden auf
10000 Blättern eines Aufzeichnungsmediums für die
Bildübertragung der Größe A4 in einem Raum, in dem die
Temperatur und Feuchtigkeit nicht eingestellt waren, erzeugt.
Es konnte bestätigt werden, daß keines der Bilder einen
schwarzen Streifen aufwies.
Beispiel 4
Der begrenzte Stromwert der Energiequelle zum Anlegen einer
Spannung an das Element ist die Summe des Stromes I(µA), der
notwendig ist, um das zu ladende Element auf ein
vorbestimmtes Potential aufzuladen und der Strom k(µA), der
in ein feines Loch fließen kann. Wie in Beispiel 1 wurden
Schadstellen mit einem Durchmesser von 0,3 mm absichtlich in
einem zu ladenden Element erzeugt. Dann wurden Bilder erzeugt
und der Zustand der Bilder untersucht. Die Elemente C, D und
G wurden als Ladeelemente eingesetzt. Das gleiche wie in
Beispiel 1 verwendete zu ladende Element wurde verwendet.
Es wurden 1000 Blätter eines Aufzeichnungsmediums für die
Bildübertragung der Größe A4 in den Umgebungen LL bis HH
erzeugt. Die erzeugten Bilder wiesen eine ausgezeichnete
Qualität auf, und es waren keine durch die feinen Löcher
verursachten schwarzen Streifen vorhanden.
Eine Verbindung der vorstehenden Ergebnisse und der
Ergebnisse aus Beispiel 3 ergab, daß wenn die
Energiequellenkapazität P der folgenden Bedingung
P ≧ Va.(I + k).10-6 (W)
genügt, Qualitätsbilder erzeugt werden können.
In einem weiteren Test wurden die Elemente C, D und G und ein
zu ladendes Element ohne Schadstellen in das in Fig. 14
gezeigte Gerät eingesetzt und es wurden auf 10000 Blättern
Aufzeichnungsmedium für die Bildübertragung der Größe A4 in
einem Raum, in dem die Temperatur und die Feuchtigkeit nicht
eingestellt waren, erzeugt. Auf den Bildern wurde keine
schwarzen Streifen beobachtet.
Beispiel 5
Die Elemente C, D und G wurden als Ladeelemente eingesetzt.
Eine Fotorezeptorschicht ohne Unterschicht wurde als zu
ladendes Element verwendet. Das verwendete zu ladende Element
war röhrenförmig und wies einen Durchmesser von 3 cm auf und
es war aufgebaut aus einem röhrenförmigen leitfähigen
Basiselement aus Aluminium und einer dielektrischen Schicht
als Fotorezeptorschicht mit einer Dicke von 20 µm, welches
negativ aufgeladen werden und Ladungen trennen kann. Die
Umfangsgeschwindigkeit des zu ladenden Elements betrug 1,5 cm
pro Sekunde und sie war damit von den vorbeschriebenen
Beispielen verschieden.
Die Spannung Va und der Strom I, welche notwendig sind, um
ein zu ladendes Element auf -600 V aufzuladen, wurde
gemessen. Die Ergebnisse der Messungen waren: Va = 1,16 kV
und I = -3 µA.
Ein feines Loch von 0,3 mm Durchmesser wurde absichtlich in
dem zu ladenden Element erzeugt. Ein tolerierbarer Stromwert,
bei dem keine weitere Vergrößerung des feinen Lochs und keine
weitere Beschädigung des Elements voranschreitet, wurde wie
in Beispiel 1 gemessen. Der Stromwert betrug -3 µA.
Schadstellen von 0,3 mm Durchmesser wurden absichtlich in dem
zu ladenden Element erzeugt. Unter der Bedingung, daß Va =
-1,16 kV und der begrenzte Strom der Energiequelle -6 µA
betrug und unter Verwendung eines Ladeelements mit einem
feinen Loch von 0,3 mm Durchmesser, wurden Bilder erzeugt und
der Zustand der Bilder untersucht. Die Ergebnisse waren: Die
Elemente C und D erzeugten gute Bilder, aber das Element E
erzeugte Bilder, welche einen schwarzen Streifen aufwiesen.
Bei diesem Beispiel wird keine Unterschicht verwendet.
Demzufolge genügt es, daß nur die Ungleichung (17) erfüllt
ist, um das Problem mit den feinen Löchern zu lösen. Es wurde
überprüft, ob die Ungleichung (17) erfüllt ist oder nicht.
Die Ergebnisse waren: Die Elemente C und D erfüllten die
Ungleichung (17), das Element E jedoch erfüllte die
Ungleichung nicht. Wie daraus ersichtlich ist, kann die
Bildung von schwarzen Streifen unterdrückt werden, wenn die
Ungleichung (17) auch in dem Fall erfüllt ist, wenn eine
Fotorezeptorschicht ohne Unterschicht verwendet wird.
Beispiel 6
Die Elemente C und D wurden als Ladeelemente eingesetzt. Das
gleiche geladene Element wie in Beispiel 1 wurde verwendet.
Die an das Ladeelement angelegte Spannung wurde durch
Überlagerung einer Gleichspannung auf eine Wechselspannung
erzeugt. Die Gleichspannung betrug -600 V, die
Scheitelspannung der Wechselspannung betrug 1,4 kV. Die
Frequenz der Wechselspannung war 0,8 kHz und die Wellenform
der Wechselspannung war sinusförmig. Die verbleibenden
Parameter waren die gleichen wie in Beispiel 1.
Bevor ein Experiment durchgeführt wurde, wurde jedes
Ladeelement in das in Fig. 14 gezeigte Bilderzeugungsgerät
eingesetzt. Anschließend wurde das zu ladende Element
geladen. Die Ergebnisse der Messungen waren: Das zu ladende
Element war auf -600 V aufgeladen und der zu dieser Zeit
fließende Strom war -6 µA.
Wie in Beispiel 1, wurden Schadstellen von 0,3 mm Durchmesser
absichtlich in die zu ladenden Elemente erzeugt. Jede der
Schadstellen beschädigte die zu ladenden Elemente und jedes
der Elemente C und D wurde in das in Fig. 14 gezeigte
Bilderzeugungsgerät eingesetzt. Dann wurden Bilder erzeugt
und der Zustand der Bilder untersucht. Jedesmal, wenn ein
Element durch ein anderes ersetzt wurde, wurde das zu ladende
Element durch ein neues ersetzt. Die Ergebnisse waren: Die
Elemente C und D erzeugten Bilder mit schwarzen Punkten,
jedoch ohne schwarze Streifen.
Der Widerstandswert R der Elemente C und D wird definiert
durch -6 µA des eingespeisten Stroms, und Va =
(Gleichspannung) + (effektiver Wert der Wechselspannung) =
-600 - 495 = -1095 (V). Es wurde berechnet, ob die Formel (8)
oder (17) erfüllt ist, wie in Beispiel 1. Beide Elemente C
und D erfüllten die Formel (17). Auch wenn Va =
(Gleichspannung) + (effektiver Wert der Wechselspannung) =
-600 - 1400 = -2000 (V) betrug, erfüllten sowohl das Element
C als auch das Element D die Formel (17). In einem weiteren
Test wurden die Elemente C und D und ein schadstellenfreies,
zu ladendes Element in das in Fig. 14 gezeigte
Bilderzeugungsgerät eingesetzt, und es wurden auf 10000
Blättern eines Aufzeichnungsmediums für die Bildübertragung
der Größe A4 Bilder erzeugt durch Anlegen der durch
Überlagerung der Wechselspannung auf die Gleichspannung
erzeugten Spannung auf das Ladeelement um das zu ladende
Element zu laden. Es wurden keine Bilder mit einem schwarzen
Streifen beobachtet.
Die Tatsache konnte bestätigt werden, daß, wenn eine Spannung
an das Ladeelement angelegt wird, die gebildet ist durch
Überlagerung der Wechselspannung auf die Gleichspannung, wenn
die Bedingung aufgestellt wird unter der Annahme, daß die
Summe der Spannung und der effektive Wert oder Peakwert
seiner Spannung Va ist, die erhaltenen Effekte vergleichbar
mit denen, wie sie bei Verwendung einer Gleichspannung
erzielt werden, sind.
Beispiel 7
Die Ladeelemente für eine Kontaktladevorrichtung waren die
Elemente AA bis AE, welche so aufgebaut waren, daß die
Oberflächenschichten (Widerstandsschichten) wie sie
nachfolgend beschrieben sind, auf der Oberfläche des in
Beispiel 1 gezeigten Elements A ausgebildet waren. Die
Umfangsgeschwindigkeit des zu ladenden Elements war 3 cm pro
Sekunde. Va = -1,16 (kV) und I = -6 (µA) waren nötig, um die
Oberfläche auf -600 V aufzuladen.
Element AA
Die Oberflächenschicht dieses Elements war eine 20 (µm) dicke
Urethanharzschicht, welche intern zugegebenen Ruß enthielt.
Element AB
Die Oberflächenschicht dieses Elements war eine 20 (µm) dicke
alkohollösliche Nylonharzschicht, welche intern zugegebenen
Ruß enthielt.
Element AC
Die Oberflächenschicht dieses Elements war eine 20 (µm) dicke
alkohollösliche Nylonharzschicht, welche intern zugegebenes
Perklorat enthielt.
Element AD
Die Oberflächenschicht dieses Elements war eine 20 (µm)
dicke, wasserlösliche Nylonharzschicht, welche intern
zugegebenen Ruß enthielt.
Element AE
Die Oberflächenschicht dieses Elements war eine 20 (µm) dicke
Polyvenylbutyralharzschicht, welche intern zugegebenen Ruß
enthielt.
Die Menge des zugebenen leitenden Mittels wurde so
eingestellt, daß die Widerstandswerte der Elemente AA bis AE
in der NN-Umgebung 1 . 107 Ω betrugen. Die in Fig. 10 gezeigte
Meßmethode wurde für diese Einstellung verwendet.
Die Ergebnisse der Messung der Widerstandswerte R, der
Flächenabhängigkeit 1 - β des Widerstands und der
Stromabhängigkeit γ des Widerstands der Elemente in den
entsprechenden Umgebungen, wie in Beispiel 3, sind in Tabelle
8 gezeigt.
Wie aus Tabelle 8 ersichtlich ist, variierten der Widerstand
R, die Flächenabhängigkeit 1 - β des Widerstands und die
Stromabhängigkeit γ des Widerstands dieser Elemente in
Abhängigkeit von den Umgebungen. Dies war geringfügig
verschieden von den in Tabelle 6 gezeigten Ergebnissen. Die
Flächenabhängigkeit 1 - β des Widerstands hängt von dem
verwendeten Element ab, aber sie nimmt im Allgemeinen ab mit
Zunahme des Widerstandwerts des Elements. Die
Stromabhängigkeit γ tendiert dazu, groß zu werden, wenn der
Widerstand des Elements zunimmt.
Dann wurden in das zu ladende Element absichtlich
Schadstellen mit einem Durchmesser von 0,3 mm eingefügt.
Jedes der mit Schadstellen versehenen, zu ladenden Elemente
und jedes der Elemente AA bis AE wurden in das in Fig. 14
gezeigte Bilderzeugungsgerät eingesetzt. Dann wurden in den
Umgebungen LL, NN und HH Bilder erzeugt und der Zustand der
Bilder wurde untersucht. Der begrenzte Stromwert der
Energiequelle betrug -9 (µA). Die Ergebnisse der Untersuchung
sind in Tabelle 9 gezeigt.
Es wurde überprüft, ob die Formel (17) erfüllt ist oder
nicht, unter Verwendung von R, γ, β, und Va = -1,16 (kV), I =
-6 (µA), k = -3 (µA) und S/s = 9600. In Tabelle 9 sind
ebenfalls die Ergebnisse dieser Überprüfung eingetragen.
In der Tabelle 9 zeigt in der "Bild"-Spalte die Abkürzung BD
an, daß auf dem Bild ein schwarzer Punkt erscheint, und die
Abkürzung BS zeigt an, daß ein schwarzer Streifen auftrat,
der sich in axialer Richtung der Walze entlang des Bildes
erstreckt. In der Spalte für die Ungleichung (17) bedeutet
ein geschlossener Kreis, daß die Ungleichung erfüllt ist und
ein kleines x, daß die Ungleichung nicht erfüllt ist. Die
berechneten Werte der rechten Seite der Ungleichung (17) sind
ebenfalls gezeigt.
Wie aus den Ergebnissen der Tabelle 9 ersichtlich ist, gilt
in Fällen, in denen die Elemente die Ungleichung (17)
erfüllen, daß die Beeinträchtigungen der erzeugten Bilder
nicht schwerwiegend sind, wenn ein mit einem feinen Loch
versehenes, zu ladendes Element für die Bilderzeugung
verwendet wird. Diese Tatsache wurde wiederum bestätigt. In
einem weiteren Test wurden die Elemente AA, AB und AC, welche
keine Beeinträchtigungen der erzeugten Bilder verursachten,
in allen Umgebungen in das in Fig. 14 gezeigte
Bilderzeugungsgerät eingesetzt, und es wurden auf 10000
Blätter eines Aufzeichnungsmediums für die Bildübertragung
der Größe A4 Bilder übertragen in einem Raum, in dem weder
Temperatur noch Feuchtigkeit eingestellt waren. Es wurde
keine Beeinträchtigung der Bilder beobachtet.
Eine Untersuchung der Formeln (8), (13) und (17) ergibt, daß
bei Elementen, bei denen die Flächenabhängigkeit und die
Stromabhängigkeit gering sind, die Formeln leicht erfüllt
werden können. Die Ergebnisse der Beispiele 1 und 7 zeigen,
daß es bevorzugt ist, auf der Oberfläche des Ladeelements
(d. h. der Oberfläche, welche mit dem zu ladenden Element in
Kontakt kommt) eine Schicht ausgebildet ist, welche aus einem
Material aufgebaut ist, ausgewählt aus Urethangummi,
Urethanharz und Nylonharz, insbesondere alkohollöslichem
Harz, und Polyethylenharz. Auch wenn ein 40 (µm) dicker
Nylonharzfilm für das Ladeelement verwendet wird, und dieser
wie in Fig. 11(h) gezeigt doppelt gefaltet ist, treten in
keiner der Umgebungen auf den Bildern Beeinträchtigungen auf.
Der eingesetzte Film war ein sogenannter einschichtiger
Nylonharzfilm.
Beispiel 10
Die wie in Fig. 11(a) gezeigt aufgebaute Walze wurde für ein
Ladeelement einer Kontakttransfervorrichtung eingesetzt.
Festes leitfähiges Urethan wurde als leitfähige Schicht auf
der Walze ausgebildet. Der Widerstand des leitfähigen
Urethans wurde variiert. Die in Tabelle 11 gezeigten
Ladeelemente a bis j wurden hergestellt. Die Widerstandswerte
R der Elemente wurden nach der in Fig. 10 beschriebenen
Methode gemessen. In Tabelle 11 sind die Widerstandswerte R
lediglich als R bezeichnet.
Das zu ladende Element war so aufgebaut, daß eine
Unterschicht aus anodisch oxidiertem Aluminium auf einem
leitfähigen Basiselement aus Aluminium ausgebildet ist, und
die Unterschicht mit einer Fotorezeptorschicht beschichtet
wurde.
Die Durchschlagspannung Vt der als Unterschicht eingesetzten
anodisch oxidierten Aluminiumschicht wurde gemessen. Bei der
Messung war das leitfähige Basiselement geerdet und eine
Spannung mit der gleichen Polarität wie die Ladespannung
wurde für eine Minute an der Oberfläche der anodisch
oxidierten Aluminiumschicht angelegt. Es wurde die höchste
Spannung gemessen, bei welcher die Unterschicht nicht
durchschlug. Die mit der anodisch oxidierten Aluminiumschicht
in Kontakt gebrachte Fläche S der Elektrode betrug 6,15 cm2,
und die Belastung pro Flächeneinheit war 163 g/cm2
(Gesamtbelastung: 1000 g).
Das Ergebnis der Messungen war, daß die Durchschlagspannung
Vt der anodisch oxidierten Aluminiumschicht -300 V, der Strom
i - 100 µA und die Stromdichte im Kontaktbereich mit der
Elektrode 16 µA/cm2 betrug. Die Messungen wurden 30mal
durchgeführt. Die Größe Durchschnittswert [(Durchschnittswert)
+ 3 × Standardabweichung] des Widerstands Rp der anodisch
oxidierten Aluminiumschicht betrug 4,3 × 106 Ω.
Die Fläche der Elektrode wurde verändert und der Widerstand
der anodisch oxidierten Aluminiumschicht wurde gemessen, um
die Flächenabhängigkeit 1 - α des Widerstands zu erhalten. α
war 1, was bedeutet, daß der Widerstand der anodisch
oxidierten Aluminiumschicht proportional der Fläche war.
Entsprechend war der Widerstand der anodisch oxidierten
Aluminiumschicht, betrachtet von der defekten Stelle aus,
4,3 × 1010 Ω, wobei die Fläche S des feinen Lochs
6,15 × 10-4 cm2 betrug (entsprechend einem Durchmesser von
28 mm). Die Stromdichte wurde auf den selben Wert wie oben
eingestellt (16 µA/cm2). Die Flächenabhängigkeit 1 - β des
Widerstands der Elemente a bis j wurde ermittelt. Die
Widerstandswerte wurden bei veränderter Elektrodenfläche
bestimmt. Das Ergebnis war, daß die Widerstandswerte der
Elemente a bis j umgekehrt proportional zur Fläche waren, und
daß β = 1 ist. Die Stromabhängigkeit γ des Widerstands der
Elemente a bis j wurde ebenfalls erhalten. Für jedes der
Elemente betrug γ = 1.
Der Widerstand der feinen Löcher Rq ist 104 mal größer als
der Elementwiderstand R, wie er aus Tabelle 11 ersichtlich
ist.
Das Ladeelement wurde mit der Unterschicht in Kontakt
gebracht, wobei die Fotorezeptorschicht nicht dazwischenlag.
An dem Ladeelement wurde eine Spannung angelegt. Es wurde
überprüft, ob die Unterschicht durchschlug oder nicht. Aus
unseren Untersuchungen wußten wir, daß die Spannung, die zur
Aufladung des zu ladenden Elements bis zu einem Potential vom
Widerstand des Ladeelements abhängt. Daher wurden die
Spannungen Va zur Aufladung der Oberfläche der
Fotorezeptorschicht auf -600 V eingestellt, wie in Tabelle 11
gezeigt. Das Anlegen der Spannungen erfolgte für eine Minute.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 11 gezeigt. Ein kleines x
zeigt an, daß die Unterschicht durchschlug, und ein kleiner
geschlossener Kreis zeigte an, daß kein Durchschlagen
erfolgte. Die an der Unterschicht angelegte Spannung betrug,
wie bereits erwähnt,
Va . rq/(rq + Rq),
und die berechneten Werte sind in der Spalte der "geteilten
Spannung" beschrieben.
Wie ebenfalls aus Tabelle 11 ersichtlich ist, wird in den
Fällen der Elemente a bis d eine Spannung an den
Unterschichten angelegt, die höher ist als die
Durchschlagspannung Vt, so daß die Unterschicht durchschlägt.
In den Fällen der Elemente e bis j wird eine geteilte
Spannung angelegt, welche geringer ist als die
Durchschlagsspannung. In diesem Fall wird die Unterschicht
nicht durchschlagen.
Jedes der Elemente a bis j wurde gegen ein zu ladendes
Element, welches in der Fotorezeptorschicht eine Schadstelle
mit 0,28 mm Durchmesser aufwies, mit einer Belastung von
1000 g gedrückt (das Verhältnis von Belastung zu
Flächeneinheit ist gleich wie bei der Widerstandsmessung).
Das Element ist so angeordnet, daß es der Drehung des zu
ladenden Elements folgt. Es wurden Bilder erzeugt. Die
Entwicklung erfolgte revers. In den Fällen der Elemente a bis
c, waren die Schadstellen für Strom durchlässig. Es erfolgte
eine schlechte Aufladung über den gesamten Klemmbereich
zwischen jedem Element und dem zu ladenden Element. Auf den
gedruckten Bildern erschienen während des Umdrehungsvorgangs
schwarze Streifen.
Nach dem Experiment wurde bestätigt, daß der Widerstand der
Unterschicht unter dem Teil, der genau unter der Schadstelle
lag, erheblich reduziert war, und die schadhafte Stelle
vergrößerte sich zu einem feinen Loch. Im Falle des Elementes
d, fließt an der schadhaften Stelle Strom, aber die schlechte
Ladung übertrug sich nicht auf den gesamten Klemmbereich
zwischen dem Element und dem zu ladenden Element. Das
erhaltene Bild war weitestgehend zufriedenstellend mit der
Ausnahme, daß ein schwarzer Punkt erschien. Beim Wiederholen
des Druckens wuchs der schwarze Punkt schrittweise an. Nach
200 bedruckten Blättern erschienen auf den Bildern schwarze
Streifen. Unsere visuelle Überprüfung ergab, daß die
Schadstelle des zu ladenden Elements sich zu einem feinen
Loch mit einem Durchmesser von etwa 1 (mm) vergrößert hatte.
In den Fällen der Elemente a bis j wurde kein Kriechstrom
beobachtet, und die Bilder waren frei von schwarzen Streifen.
Es wurden 20000 bedruckte Blätter in einer für praktische
Zwecke zufriedenstellenden Qualität erhalten. Auch nach
20.000 bedruckten Blättern erfolgte keine Vergrößerung der
Schadstelle oder Durchschlagen der Unterschicht, wie durch
eine visuelle Überprüfung festgestellt werden konnte. Im
Beispiel 10 beträgt die Flächenabhängigkeit des Widerstands
sowohl für das Ladeelement als auch das zu ladende Element
jeweils 0. Daher wird, selbst wenn Schadstellen von 0,1 bis
1 (mm) im Durchmesser zusätzlich zu der Schadstelle mit 0,28
(mm) Durchmesser in dem zu ladenden Element vorhanden sind,
die Unterschichten (anodisch oxidierte Aluminiumschicht) der
Elemente e bis j nicht durchschlagen, und die Schadstellen
werden sich nicht zu feinen Löchern vergrößern. Diese
Tatsache wurde bestätigt.
Beispiel 11
Die Unterschicht des zu ladenden Elementes ist eine Schicht
aus einem hochmolekularen organischen Stoff, dessen
Widerstand durch ein Widerstandssteuermittel eingestellt
wurde. Die leitfähige elastische Schicht des Ladeelements
wurde aus einem Urethanschaum vom Offenzelltyp hergestellt,
dessen Zelldurchmesser 30 (µm) beträgt, wenn sie nach dem
Blasenpunktverfahren bestimmt wird. Der übrige Aufbau war der
gleiche wie der aus Beispiel 10, und die durchgeführten
Experimente waren im wesentlichen ebenfalls die gleichen wie
in Beispiel 10.
Die Charakteristiken der Unterschicht waren:
Durchschlagspannung Vt = -400 (V), Widerstand Rp = 1 . 106
(Ω) (der Strom i betrug -400 (µA) und die Fläche S war 6,2
(cm2)) und α = 1. Der Unterschichtwiderstand rq (6,15 .
10-4 cm2, entsprechend 0,28 mm Durchmesser) betrug 1 . 1010
(Ω), betrachtet von der Schadstelle aus.
Die Elemente k bis t mit verschiedenem Widerstand R wurden
als Ladeelemente eingesetzt. Diese Elemente waren von den im
Beispiel 10 verwendeten Elementen verschieden, indem die
Flächenabhängigkeit 1 - β des Widerstandes 0,75 und nicht 0
betrug. Die Stromabhängigkeit γ war ebenfalls nicht 0. Die in
Tabelle 12 gezeigten Widerstandswerte sind die
Widerstandswerte Ru der Elemente, wenn ein Strom von -400
(µA) in den Bereich von 6,2 (cm2) eingespeist wurde. Die
Werte der Unterschichtwiderstände Rq, betrachtet von den
Schadstellen aus, sind ebenfalls in der Tabelle gezeigt.
Das Ladeelement wurde mit der Unterschicht in Kontakt
gebracht, wobei die Fotorezeptorschicht nicht dazwischen lag.
An dem Ladeelement wurde eine Spannung angelegt. Es wurde
überprüft, ob die Unterschicht durchschlug oder nicht.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 12 gezeigt. Ein kleines x
bedeutet, daß die Unterschicht durchgeschlagen ist, und ein
kleiner geschlossener Kreis zeigt an, daß sie nicht
durchschlug. Die an den Elementen angelegten Spannungswerte
Va sind ebenfalls dort gezeigt.
Die an der Unterschicht anliegende Teilspannung beträgt, wie
bereits erwähnt,
Va . rq/(rq + Rq),
die berechneten Spannungswerte sind ebenfalls in Tabelle 12
aufgeführt. Sie finden sich in Tabelle 12 in der Spalte
"geteilte Spannung". Die berechneten Ergebnisse der folgenden
Beziehung sind ebenfalls in Tabelle 12 unter der Spalte
"Referenz" beschrieben
Va . rq/(Rp + Ru),
welche auf der Annahme basiert, daß die an der Unterschicht
angelegte Spannung von den Widerstandswerten Rp und Ru
abhängt und nicht von den Widerstandswerten rq und Rq,
betrachtet von den Schadstellen aus.
Wie aus Tabelle 12 ersichtlich ist, ist in den Fällen der
Elemente k bis p eine an den Unterschichten angelegte
geteilte Spannung höher als die Durchschlagspannung Vt, so
daß die Unterschicht durchschlägt. In den Fällen der Elemente
q bis t wird eine geteilte Spannung angelegt, die geringer
ist als die Durchschlagspannung. In diesen Fällen wird die
Unterschicht nicht durchschlagen. In diesem Fall ist es
wiederum klar, daß die Widerstandswerte der Elemente,
betrachtet von der Schadstelle oder dem feinen Loch aus, und
der Widerstand der Unterschicht für diese Berechnung
verwendet werden müssen.
Dies bedeutet, daß wie in herkömmlichen Fällen, die Werte in
der Spalte "Referenz" nicht die geteilten Spannungswerte für
die Unterschichten sind (ansonsten könnten die Elemente m bis
t die Unterschichten nicht durchschlagen), sondern die
Widerstandswerte des Elements betrachtet von der Schadstelle
oder dem feinen Loch aus und der Widerstand der Unterschicht
muß verwendet werden.
Jedes der Elemente k bis t wurde gegen ein zu ladendes
Element mit einer Schadstelle mit einem Durchmesser von
0,28 (mm) in der Fotorezeptorschicht gedrückt und Bilder
wurden erzeugt. Im Falle der Elemente k bis o, flossen
konzentrisch Ströme an den Schadstellen. Der Strom wurde
gering über den gesamten Klemmbereich zwischen dem Element
und dem zu ladenden Element verteilt. Dies hat eine schlechte
Aufladung zur Folge und auf den gedruckten Bildern erschienen
während des Umdrehungsvorgangs schwarze Streifen. Nach dem
Experiment konnte bestätigt werden, daß der Widerstand des
Teils der anodisch oxidierten Aluminiumschicht, welche sich
genau unter der Schadstelle befindet, erheblich vermindert
war, und der schadhafte Teil wurde zerstört und vergrößerte
sich in ein feines Loch.
Im Fall des Elements p fließt ein Strom an dem schadhaften
Teil, aber dessen Wert ist auf einen vorbestimmten Wert
begrenzt. Strom von einem solchen Wert um aufzuladen kann
über den gesamten Klemmbereich zwischen jedem Element und dem
zu ladenden Element verteilt werden. Das erhaltene Bild war
weitgehend zufriedenstellend, mit der Ausnahme, daß auf dem
Bild in einem Bereich mit schwacher Ladung oder dem
schadhaften Teil ein schwarzer Punkt erschien. Durch
Wiederholung des Druckvorgangs wuchs der schwarze Punkt
schrittweise an. Nach 200 bedruckten Blättern erschienen
schwarze Streifen auf den Bildern während des
Umdrehungsvorgangs. Eine visuelle Überprüfung ergab, daß die
Schadstelle des zu ladenden Elements sich zu einem feinen
Loch von etwa 1 (mm) Durchmesser nach 200 bedruckten Blättern
vergrößert hatte.
Im Fall der Elemente q bis t wurde kein Kriechstrom
beobachtet und auf den Bildern erschien kein schwarzer
Streifen. Es wurden 20000 bedruckte Blätter mit einer für
praktische Zwecke ausreichenden Druckqualität erhalten. Auch
nach 20000 bedruckten Blättern ergab die visuelle Überprüfung
weder eine Vergrößerung der Schadstelle noch ein
Durchschlagen der Unterschicht.
Beispiel 12
Im nachfolgenden wird wiederum die Bedingung diskutiert, um
ein Durchschlagen der Zwischenschicht (oder Unterschicht) zu
verhindern.
Die Fig. 18(a) und 18(b) sind eine schematische
Querschnittsansicht, welche eine Kontaktladevorrichtung
zeigen, in welchem ein Fotorezeptorelement 150 als zu
ladendes Element und ein Ladeelement 10 zu dessen Aufladung
verwendet wird. In diesem Beispiel ist das
Fotorezeptorelement 150 so aufgebaut, daß auf einem
leitfähigen Trägerelement 151 eine Zwischenschicht 152
ausgebildet ist und eine Fotorezeptorschicht 153 aus einem
organischen oder anorganischen fotosensitiven Material
befindet sich weiterhin auf der Zwischenschicht. Wenn in der
Fotorezeptorschicht 153 durch ein beigemischtes Fremdmaterial
ein feines Loch 157 oder ein Kratzer ausgebildet wird, wird
die Zwischenschicht 152 weder physikalisch noch chemisch
verändert. Ein Ladeelement 10 ist wie unter Bezugnahme auf
Fig. 11(a) beschrieben ausgebildet, und ein leitfähiges
Basiselement 11 ist mit einer Energiequelle 60 verbunden.
Fig. 19 ist ein Ersatzschaltbild der in Fig. 18(a) gezeigten
Kontaktladevorrichtung. Der Widerstand des leitfähigen
Basiselements 11 des Ladeelements 10 ist erheblich geringer
als der der leitfähigen Elastikschicht 12 und
vernachlässigbar. Der Widerstand der leitfähigen
Elastikschicht 12 wird durch den Widerstand 160 der
leitfähigen Elastikschicht 12 dargestellt. Wenn die
Fotorezeptorschicht nicht durch ein feines Loch beschädigt
ist, fließt aus der Energiequelle 60 eingespeister Strom
durch den Widerstand 160 in einen Kondensator 163 der
Fotorezeptorschicht. Die Spannung der Energiequelle 60 hat
dieselbe Polarität wie für die Aufladung. Wenn ein ein feines
Loch repräsentierender Schalter 161 sich im ausgeschalteten
Zustand befindet, behält der Kondensator 163 der
Fotorezeptorschicht Ladungen.
Wenn in der Fotorezeptorschicht 153 durch beigefügtes
Fremdmaterial ein feines Loch oder ein Kratzer gebildet wird,
wird der Schalter 161 eingeschaltet. Die Spannung Va von der
Energiequelle 60 wird über den Gesamtwiderstand des
Beladungsschaltkreismodells angelegt, d. h. der
Gesamtwiderstand ist die Summe (Ra + Rb) des Widerstands
(bezeichnet als Ra) der leitfähigen Elastikschicht 12 und der
Widerstand (bezeichnet als Rb) der Zwischenschicht. Die an
dem Widerstand 162 der Zwischenschicht anliegende Spannung
wird als Vc bezeichnet. Dann ergibt sich
Vc/Va = Rb/(Ra + Rb),
und durch Umformen dieser Gleichung ergibt sich
Vc = Va . Rb/(Ra + Rb).
Wenn in der Fotorezeptorschicht ein feines Loch ausgebildet
ist, wird die Zwischenschicht so lange nicht durchschlagen,
wie die Spannung Vc unterhalb der Durchschlagspannung,
(bezeichnet als Vb) der Zwischenschicht ist. Unter dieser
Bedingung kann der Strom (bezeichnet als I1), begrenzt durch
den Summenwiderstand (Ra + Rb) fließen. Wenn Vc größer Vb,
schlägt die Zwischenschicht durch und der Strom (bezeichnet
als I2) begrenzt durch den Widerstand Ra kriecht. Da I1
kleiner I2 ist, fließt ein erhöhter Strom, wenn die
Zwischenschicht durchgeschlagen ist. Wenn daher Va, Ra und Rb
so ausgewählt werden, daß sie die Ungleichung
|Vb| ≧ |Vc
erfüllen, d. h.
|Vb| ≧ |Va| . Rb/(Ra + Rb)
ist, kann keine über der Durchschlagspannung liegende
Spannung an der Zwischenschicht angelegt werden, selbst wenn
in der Fotorezeptorschicht durch ein Fremdmaterial oder einen
Kratzer ein feines Loch vorhanden ist. Demgemäß schlägt die
Zwischenschicht nicht durch und es fließt auch kein
Kriechstrom. Es findet kein Spannungsabfall statt, und auf
den gedruckten Abbildungen finden sich weder schwarze noch
weiße Streifen. Da nach Bildung eines feinen Lochs in der
Fotorezeptorschicht kein Kriechstrom fließt, wird sich das
feine Loch nicht vergrößern, so daß auch eine
Fotorezeptorschicht, welche ein feines Loch aufweist, noch
für eine lange Zeit verwendet werden kann.
Nachfolgend wird die Anwendung der Erfindung für ein
Bilderzeugungsgerät auf der Basis des elektrofotografischen
Systems erläutert. Das in der Kontaktladevorrichtung
verwendete Ladeelement wurde bereits unter Bezugnahme auf die
Fig. 11(a) bis 11(f) beschrieben. Es ist klar, daß der Aufbau
und das Material des Ladeelementes nicht auf die im
Zusammenhang mit den Fig. 11(a) bis 11(f) beschriebenen
beschränkt ist. Es kann beispielsweise ein festes
Entladeelement verwendet werden, auch wenn dies in nicht
kontaktierender Weise verwendet wird, d. h. wenn ein Spalt von
mehreren µm bis mehreren 10 µm zwischen der Oberfläche des
festen Entladeelements und der Oberfläche der
Fotorezeptorschicht eingehalten wird. Der Widerstand Ra ist
der Widerstand in dem Bereich, welcher sich von dem
leitfähigen Trägerelement des festen Entladeelements bis zu
dessen Oberfläche erstreckt.
Es wurden zwei Feststellungen hinsichtlich des Widerstands
des Ladeelements gemacht.
i)
Der Widerstand ist nicht umgekehrt proportional zur
Kontaktfläche des Ladeelements mit der Elektrode.
Elektroden mit verschiedener Größe wurden mit der Oberfläche
des Ladeelements in Kontakt gebracht. Der Widerstand zwischen
dem leitfähigen Basiselement und den Elektroden wurde
gemessen. Die gemessenen Widerstandswerte wurden in
Abhängigkeit von der Größe der Elektroden aufgetragen. Die
Tatsache, daß der Widerstand nicht umgekehrt proportional zum
Kontaktbereich des Ladeelements mit der Elektrode ist, wurde
durch die grafische Darstellung bestätigt.
Fig. 20 zeigt eine grafische Darstellung, aus welcher die
Flächenabhängigkeit des Widerstands des Ladeelements und die
Flächenabhängigkeit des Widerstands der Zwischenschicht der
Fotorezeptortrommel ersichtlich sind. In jeder dieser
grafischen Darstellungen sind auf der Abszisse die
Zehnerlogarithmuswerte der Elektrodenfläche S(mm2) und auf
der Ordinate die Zehnerlogarithmuswerte des Widerstands R
(Ohm) angegeben. In den grafischen Darstellungen bedeutet
eine Gerade (A) den Widerstand eines Ladeelements. Eine
charakteristische gerade Linie (B) stellt den Widerstand der
Zwischenschicht dar. Die Geraden (B) in Fig. 20(a), (A) in
Fig. 20(b) und (B) in Fig. 20(b) weisen die Steigung -1 auf.
Der Widerstand ist umgekehrt proportional zur Fläche. Wenn
daher die Elektrodenfläche ein Zehntausendstel ist, steigt
der Widerstandswert um das Zehntausendfache an. Die Gerade
(A) in Fig. 5(a) mit einer Steigung von -0,75 zeigt, daß der
Widerstand nicht umgekehrt proportional zur Fläche ist. Wenn
daher die Elektrodenfläche ein Zehntausendstel ist, wird der
Widerstandswert nur um das Eintausendfache erhöht. Die
Charakteristik des Widerstands des Ladeelements in Bezug auf
den Kontaktbereich hängt von den Ladeelementen mit
verschiedener Größe und aus verschiedenem Material ab. Es ist
daher schwierig, den Widerstand eines Bereiches entsprechend
einem feinen Loch auf der Basis des Widerstands eines
Kontaktbereichs vorherzusagen. Der Widerstand des
Ladeelements wird daher unter Verwendung einer Elektrode mit
einer Fläche entsprechend dem feinen Loch gemessen.
Insbesondere für die Messung von Ladeelementen mit hohem
Widerstand ist es schwierig, den Widerstand unter Verwendung
einer Elektrode mit einer winzigen Fläche zu messen. Aus
diesem Grund kann der Widerstand der Fläche entsprechend
einem feinen Loch in einer Weise vorhergesagt werden, wie
dies durch die Gerade (A) in Fig. 20(a) für die Bestimmung
des Widerstands von Elektroden mit verschiedener Größe
beschrieben ist, in dem eine Gerade in die logarithmische
Darstellung eingetragen wird.
Es ist wiederum notwendig, den Widerstand des Ladeelements
und der Zwischenschicht direkt oder indirekt zu untersuchen,
wenn die Fläche der Kontaktelektrode der eines feinen Lochs
entspricht, und diese Ergebnisse für die Widerstände Ra und
Rb zu verwenden.
ii)
Der Widerstand hängt vom Strom ab (oder der Spannung).
Der Widerstand zwischen dem leitfähigen Basiselement und der
Elektrode wurde in der Weise gemessen, daß die Elektrode mit
dem Ladeelement in Kontakt gebracht und der angelegte Strom
oder die angelegte Spannung variiert wurde. Die Beziehung
zwischen dem Strom oder der Spannung und dem Widerstand wurde
in einer grafischen Darstellung aufgetragen. Die grafische
Darstellung zeigte, daß die Widerstandswerte der meisten
Ladeelemente von dem Strom oder der Spannung abhängig sind.
Fig. 21 zeigt eine grafische Darstellung zur Erläuterung der
Stromabhängigkeit des Widerstands des Ladeelements. Auf der
Abszisse sind die Stromwerte aufgetragen, wenn Strom zu dem
Ladeelement fließt, während auf der Ordinate die
Zehnerlogarithmuswerte des Widerstands des Ladeelements zu
dieser Zeit aufgetragen sind. Fig. 21(a) zeigt eine grafische
Darstellung eines Beispiels, bei dem der Widerstand vom Strom
abhängig ist. Wie ersichtlich, ist der Strom gering, wenn der
Widerstand groß ist und umgekehrt. Daher muß bei der Messung
des Widerstands des Ladeelements die Stromdichte in dem
Kontaktbereich zwischen dem Ladeelement und der Elektrode,
wenn diese miteinander in Kontakt kommen, im wesentlichen
gleich sein der Stromdichte (bezeichnet als ρi), wenn die
Durchschlagspannung an die Zwischenschicht angelegt wird.
Fig. 21(b) zeigt eine grafische Darstellung eines Beispiels,
bei dem der Widerstand nicht vom Strom abhängt. Einige
Ladeelemente weisen keine Stromabhängigkeit ihres
Widerstandes auf. Diese Elemente haben auch bei
unterschiedlich eingespeistem Strom einen konstanten
Widerstand. Es kann ein geeigneter Stromwert zum Messen des
Widerstands dieser Ladeelemente ausgewählt werden.
Aus den vorstehend unter i und ii genannten Gründen wird der
Widerstand des Ladeelements gemäß dem folgenden Verfahren
gemessen.
Ein Ladeelement wird mit der Elektrode eines kleinen Bereichs
entsprechend einen feinen Loch in Kontakt gebracht. Die
Aufladung pro Flächeneinheit für den Kontakt ist im
wesentlichen gleich zu derjenigen, wenn das Ladeelement mit
der Fotorezeptorschicht zu dessen Aufladung in Kontakt
gebracht wird. Die Stromdichte in dem Kontaktbereich zwischen
dem Ladeelement und der Elektrode, wenn diese miteinander in
Kontakt kommen, ist im wesentlichen gleich der Stromdichte
ρi, wenn die Durchschlagspannung an die Zwischenschicht
angelegt wird. Der Widerstand wird unter Verwendung der an
dem Ladeelement angelegten Spannung und des angelegten Stroms
berechnet. Unsere Ergebnisse zeigen, daß wenn die Größe der
feinen Löcher zwischen einem Durchmesser von 0,05 mm bis 1 mm
reicht, der geringe Bereich entsprechend einem feinen Loch
2.10-3 mm2 (entsprechend 0,05 mm Durchmesser) bis 3 mm2
(entsprechend einem Durchmesser von 1 mm) entspricht.
Die Zwischenschicht der Fotorezeptortrommel ist aus einem
organischen oder anorganischen Material hergestellt. Das
anorganische Material kann beispielsweise anodisch oxidiertes
Aluminium (Al2O3), Böhmit (AlO(OH)), amorphes Siliziumoxid,
amorphes Siliziumnitrit, amorphes Siliziumkarbit und
ähnliches sein. Das organische Material kann
Polyvinylalkohol, Polyvinylmethylether, Polyvinylbutyral,
Ethylcellulose, Ethylenacrylsäurecopolymer, Gelatine,
Maleinsäurecopolymer, Polyurethanharz, Epoxidharz, Alcytharz,
Polyesterharz, Silikonharz, Phenolharz oder ähnliches sein.
Ein Widerstandssteuerungsmittel, falls nötig, ist in dem
vorgenannten Harz dispergiert oder kompatibilisiert. Als
Widerstandssteuermittel kann eines der folgenden Materialien
verwendet werden: Aluminium, Kupfer, Nickel, Silber,
Eisenoxid, Zinnoxid, Antimonoxid, Indiumoxid, Zinkoxid,
Titanoxid, Aluminiumoxid, Bariumkarbonat, Calciumkarbonat,
Kupferjodit, Ruß, ein leitfähiges Copolymer oder ähnliches.
Es wurde gefunden, daß der Widerstand der Zwischenschicht
auch von dem Strom (oder der Spannung) abhängig ist. Daher
wird der Widerstand der Zwischenschicht an dessen Widerstand
gesetzt, wenn an diese eine Spannung angelegt ist. Wie
bereits beschrieben wurde, ist der Widerstand der
Zwischenschicht im wesentlichen umgekehrt proportional zur
Elektrodenfläche.
Wie aus der vorgehenden Beschreibung ersichtlich, muß der
Widerstand Rb und Ra in der Ungleichung
|Vb| ≧ |Va| . Rb/(Ra + Rb),
der Widerstand (bezeichnet als Rbb) der Zwischenschicht und
der Widerstand (bezeichnet als Raa) des Ladeelements in einem
angenommenen kleinen Bereich entsprechend einem feinen Loch
sein.
Entsprechend gilt als Bedingung, daß die Zwischenschicht
nicht durchschlägt,
|Vb| ≧ |Va| . Rbb/(Raa + Rbb)... (20).
Fig. 22 ist ein schematischer Querschnitt, welcher ein
Bilderzeugungsgerät zeigt, das eine gemäß einer spezifischen
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildete
Kontaktladeeinrichtung enthält.
In einem als Fotorezeptorelement 150 ausgebildeten, zu
ladenden Element ist auf einem leitfähigen Trägerelement 151
eine Zwischenschicht 152 ausgebildet, und die
Fotorezeptorschicht 153, hergestellt aus einem organischen
oder anorganischen fotosensitiven Material, ist auf der
Zwischenschicht ausgebildet. Das Fotorezeptorelement 150 wird
mittels eines Ladelements 10 geladen, welche die Form einer
Ladewalze oder einer Ladeklinge aufweist, welche, wie in Fig.
11 gezeigt, aufgebaut sind. Dann wird das geladene
Fotorezeptorelement einem von einer Lichtquelle, wie
beispielsweise einer Lasereinrichtung oder einer LED,
emittierten Licht 171 ausgesetzt, welches der Bildinformation
entspricht. Das Ergebnis davon ist die Bildung eines latenten
elektrostatischen Bildmusters, mit einem erhaltenen
Potentialkontrast. Eine Entwicklereinheit 172 fördert Toner
173 als bilderzeugendes Material, um das elektrostatische
Bildmuster zu entwickeln. Eine Übertragungseinheit 174, wie
beispielsweise eine Übertragungswalze, überträgt das
Tonerbildmuster auf das Druckpapier 175. Das übertragene
Tonerbild wird dann auf dem Druckpapier 175 gesichert und
mittels Wärme und Druck, welche nicht gezeigt sind, fixiert.
Auf diese Weise wird ein gewünschtes Bild auf das Druckpapier
175 gedruckt.
Die Ergebnisse des erneuten Studiums der Bedingungen, unter
denen die Zwischenschicht (oder die Unterschicht) nicht
durchschlagen, wird nachfolgend im Detail beschrieben.
Beispiel 13
Als Fotorezeptorelement wurde ein zu ladendes Element
verwendet. Das Fotorezeptorelement wies eine anodisch
oxidierte Aluminiumschicht als Zwischenschicht auf, welche
auf einem leitfähigen Trägerelement aus Aluminium ausgebildet
war, und auf der Zwischenschicht befand sich eine
Fotorezeptorschicht. Die gleichen Fotorezeptorelemente wurden
unter den Experimentalbedingungen 1 bis 10 in Beispiel 13
verwendet. Um die Durchschlagspannung der anodisch oxidierten
Aluminiumschicht festzustellen, wurde das
Aluminiumträgerelement geerdet und an der Oberfläche der
anodisch oxidierten Aluminiumschicht wurde für eine Minute
eine Spannung mit derselben Polarität wie die Ladungsspannung
angelegt. Die höchste Spannung, bei welcher die Unterschicht
nicht durchschlug, wurde als die Durchschlagspannung der
anodisch oxidierten Aluminiumschicht verwendet. Die Fläche S
der Elektrode, welche mit der anodisch oxidierten
Aluminiumschicht in Kontakt gebracht wurde, betrug 6,15 (cm2)
und die Belastung pro Flächeneinheit war 163 (g/cm2)
(Gesamtbelastung 1000 (g)). Die Durchschlagspannung der
anodisch oxidierten Aluminiumschicht betrug -300 (V), und der
Strom unter dieser Spannung betrug etwa -100 (µA). Die
Stromdichte ρi im Kontaktbereich mit der Elektrode betrug
0,16 (µA/mm2). Die Messungen wurden 30 mal wiederholt. Die
Größe Durchschnittswert [(Durchschnittswert) + (3.
Standardabweichung)] des Widerstands, oder Rb, der anodisch
oxidierten Aluminiumschicht betrug 4,3.106 (Ω). Durch
Veränderung der Fläche der Elektrode wurde der Widerstand der
anodisch oxidierten Aluminiumschicht gemessen. Das Ergebnis
war, daß der Widerstand der anodisch oxidierten
Aluminiumschicht umgekehrt proportional zur Fläche ist. Der
Widerstand Rbb der anodisch oxidierten Aluminiumschicht
betrug 4,3.1010 (Ω), bei einer Fläche des feinen Lochs von
0,061 (mm2) (entsprechend einem Durchmesser von 0,28 (mm)).
Die Stromdichte ρi wurde auf denselben Wert wie oben
eingestellt (0,16 (µA/mm2)).
Ein Ladeelement 10 wird unter Bezugnahme auf Fig. 11(a)
beschrieben. Eine Walze war so aufgebaut, daß eine
leitfähige, elastische Schicht 12, hergestellt aus einem
festen leitfähigen Polyurethan, auf das leitfähige
Basiselement 11 beschichtet wurde. Die Messungen wurden in
folgender Weise durchgeführt. Die Elektrode wurde mit der
Oberfläche der Walze in Kontakt gebracht. Die Fläche S der
Elektrode, welche mit der Walzenoberfläche in Kontakt
gebracht wurde, betrug 6,15 (cm2) und die Belastung pro
Flächeneinheit betrug 163 (g/cm2) (Gesamtbelastung 1.000
(γ)). Der eingespeiste Strom betrug etwa -100 (µA). Die
Stromdichte ρi im Kontaktbereich mit der Elektrode betrug
0,16 (µA/mm2), was der Stromdichte entsprach, wenn die
Durchschlagspannung an der anodisch oxidierten
Aluminiumschicht angelegt wurde. Der Widerstand Ra betrug 1,7
. 106 Ω. Durch Veränderung der Fläche der Elektrode wurde der
Widerstand gemessen. Das Ergebnis war, daß der Widerstand der
Walze umgekehrt proportional zur Fläche ist ((A) in Fig.
20(b)). Der Widerstand Raa betrug 1,7 . 1010 (Ω) bei einer
Fläche des feinen Lochs von 0,061 (mm2) (entsprechend einem
Durchmesser von 0,28 (mm)). Die Stromdichte ρi wurde auf den
gleichen Wert wie oben eingestellt (0,16 (µA/mm2)).
Für Beispiel 13 wurden 10 Walzen hergestellt und einzeln
unter den Versuchsbedingungen 1 bis 10 verwendet. Die
Widerstandswerte der Walzen werden schrittweise mit der
Spaltenzahl erhöht. Diese Widerstandswerte sind in Tabelle 13
gezeigt. Diese Tabelle listet die Versuchsbedingungen 1 bis
10 von Beispiel 13 und die erhaltenen Ergebnisse in
entsprechender Weise auf.
Aus den vorliegenden Untersuchungen war bekannt, daß die
Spannung, zur Ladung der Oberfläche der Fotorezeptorschicht
auf ein Potential, vom Widerstand des Ladeelements abhängt.
Daher wurden die Spannungen zum Aufladen der Oberfläche des
Fotorezeptorelements auf -600 (V) eingestellt, wie in Tabelle
14 gezeigt.
Nachfolgend werden die Ergebnisse der Experimente gezeigt,
bei denen die Walze mit der Zwischenschicht ohne einer
dazwischenliegenden Fotorezeptorschicht in Kontakt gebracht
wurden.
Fig. 18(b) ist ein Querschnitt für einen schematischen
Versuchsaufbau zur Überprüfung, ob eine Zwischenschicht durch
das Anlegen von Spannung durchschlägt oder nicht.
Eine Röhre 155 ist so aufgebaut, daß eine anodisch oxidierte
Aluminiumschicht als Zwischenschicht 152 auf ein leitfähiges
Trägerelement 151 aufgebracht ist. Der Aufbau ist der gleiche
wie für das Fotorezeptorelement 150 mit der Ausnahme, daß
keine Fotorezeptorschicht vorhanden ist. An die für eine
Minute gegen die Walze gepresste Röhre wurde eine Spannung
angelegt unter den Bedingungen für den Walzenwiderstand und
der angelegten Spannung, wie sie in Tabelle 13 gezeigt sind.
Vcc stellt die Spannung dar, welche anteilig von einer
Zwischenschicht erhalten wird, wenn der Kontaktbereich
zwischen dem Ladeelement und der Zwischenschicht sehr gering
ist. Wie aus einem Vergleich der Spannungen Vb und Vcc aus
Tabelle 13 ersichtlich ist, erfüllen die Bedingungen 1 bis 4
von Beispiel 13 nicht die Ungleichung (20). Bei den
Kombinationen der Bedingungen 1 bis 4 in diesem Beispiel
schlug die Zwischenschicht durch (in Tabelle 13 wird dies
dadurch angezeigt, indem in der Spalte "Durchschlag der
anodischen Aluminiumschicht" ein x eingesetzt ist). Die
Kombination der Bedingungen 5 bis 10 aus Beispiel 13 erfüllt
die Ungleichung (20). Die Zwischenschicht schlug nicht durch
(dies ist in der Spalte "Durchschlagen der anodischen
Aluminiumschicht" mit einem geschlossenen Kreis
gekennzeichnet).
Bei einer Messung, bei welcher das Fotorezeptorelement 150
mit einer Fotorezeptorschicht wie in einem tatsächlichen Fall
verwendet wird, wird das Ladeelement 10 gegen das
Fotorezeptorelement 150 gedrückt und eine vorbestimmte
Spannung aus der Energiequelle 60 wird angelegt, wie
beschrieben werden wird. Die Umfangsgeschwindigkeit der Walze
war gleich der des Fotorezeptorelements.
Die Bedingungen 1 bis 3 in Beispiel 13 erfüllen die
Ungleichung (20) nicht. Jede der Walzen wurde gegen ein
Fotorezeptorelement gedrückt, bei dem in der
Fotorezeptorschicht eine schadhafte Stelle mit einem
Durchmesser von 0,28 (mm) ausgebildet war, bei einer
Belastung von 1.000 (g) (die Belastung pro Flächeneinheit ist
gleich mit der für die Widerstandsmessung). Die Ströme
flossen in die feinen Löcher. Eine geringe Aufladung trat auf
über den gesamten Klemmbereich zwischen der Walze und der
Fotorezeptorschicht. Auf den gedruckten Bildern erschienen
während des Umdrehungsvorgangs schwarze Streifen. Die
Abbildungsqualität war erheblich verschlechtert. Entsprechend
wurde in der Spalte "Schwarze Streifen" in Tabelle 13 ein x
eingetragen. Vor dem Drucken wurden die Teile der anodisch
oxidierten Aluminiumschicht direkt unter den feinen Löchern
nicht durchgeschlagen. Nach dem Drucken waren diese Teile
durchgeschlagen und der entsprechende Widerstand erheblich
reduziert.
Die Bedingung 4 in Beispiel 13 erfüllt nicht die Ungleichung
(20). Wie im Fall der Bedingungen 1 bis 3 in Beispiel 13
wurden Fotorezeptorschichten mit feinen Löchern verwendet.
Die Ströme flossen in die feinen Löcher. Beim Drucken wiesen
die gedruckten Bilder am Anfang schwarze Punkte auf, aber die
Druckqualität war zufriedenstellend. Bei Fortführung des
Druckens wurden die schwarzen Punkte größer. Nach 200
bedruckten Blättern erschienen während des Umdrehungsvorgangs
schwarze Streifen auf den Bildern. Die Verschlechterung der
Bildqualität war bemerkenswert. Demzufolge wurde in der
Spalte "Schwarze Streifen" in Tabelle 13 ein x eingetragen.
Vor dem Drucken waren die Teile der anodisch oxidierten
Aluminiumschicht direkt unter den feinen Löchern nicht
durchgeschlagen. Nach 200 bedruckten Blättern waren die
feinen Löcher der Fotorezeptorschicht vergrößert bis zu einem
Durchmesser von 1 mm und die anodisch oxidierte
Aluminiumschicht war durchgeschlagen.
Die Bedingungen 5 bis 10 in Beispiel 13 erfüllen die
Ungleichung (20). Wie im Fall der Bedingungen 1 bis 4 von
Beispiel 13 wurden Fotorezeptorschichten mit feinen Löchern
verwendet. Es flossen keine Ströme in die feinen Löcher. Beim
Drucken wiesen die gedruckten Bilder schwarze Punkte auf,
aber die Druckqualität von 20.000 bedruckten Blättern war
zufriedenstellend. Entsprechend wurde in der Spalte "Schwarze
Streifen" in Tabelle 13 ein offener Kreis eingetragen. Selbst
nach 20.000 bedruckten Blättern war die anodisch oxidierte
Aluminiumschicht nicht durchgeschlagen.
Der Widerstand der in Beispiel 13 verwendeten Walzen hing
nicht vom Strom ab und er war im wesentlichen umgekehrt
proportional zur Kontaktfläche zwischen den Walzen und der
Aluminiumelektrode. Eine Belastung pro Flächeneinheit für das
Drücken der Elektrode gegen die Ladewalze war nahezu gleich
zu der Belastung, bei der die Widerständen Ra und Raa
gemessen wurden. Der Widerstand der anodisch oxidierten
Aluminiumschicht war ebenfalls umgekehrt proportional zur
Kontaktfläche derselben mit der Elektrode. Da dieser
Widerstand von der Spannung abhängt, wurde die angelegte
Spannung der Durchschlagspannung der anodisch oxidierten
Aluminiumschicht bei dieser Messung gleichgesetzt. Die
Stromdichte ρi wurde auf den gleichen Wert eingestellt wie
bei der Bestimmung des Walzenwiderstandes.
Somit erfüllen die Bedingungen 5 bis 10 in Beispiel 13 die
Ungleichung (20) nicht nur in einem Kontaktbereich
entsprechend einem Durchmesser von 0,28 mm, sondern auch für
einen Kontaktbereich zwischen 0,1 mm und 1 mm Durchmesser,
während die Bedingungen 1 bis 4 in Beispiel 13 die
Ungleichung (20) nicht erfüllen, was mit dem Ergebnis des
Drucks (schwarze Streifen) übereinstimmte.
In Tabelle 13 bedeuten:
Va: die an dem Ladeelement während des Druckvorgangs
angelegte Spannung
Vb: die Durchschlagspannung der Zwischenschicht
Ra: der Widerstand des Ladeelements (die Stromdichte in dem
Kontaktbereich des Ladeelements mit der Elektrode ist gleich
zu der, wenn die Spannung an der Zwischenschicht angelegt
wird. Die Fläche des gesamten Klemmbereichs ist 615 mm2)
Rb Widerstand der Zwischenschicht (angelegte Spannung: Vb,
Fläche: 615 mm2)
Raa: Widerstand des Ladeelements (die Stromdichte im
Kontaktbereich des Ladeeelements mit der Elektrode ist gleich
der, wenn die Spannung an der Zwischenschicht angelegt ist.
Die Elektrodenfläche entspricht einem Durchmesser von 0,28
mm)
Rbb: Widerstand der Zwischenschicht (angelegte Spannung: Vb,
Elektrodenfläche: Entsprechend einem Durchmesser von 0,28 mm)
Vcc: an der Zwischenschicht angelegte Spannung, Vcc =
Va . Rbb/(Raa + Rbb).
Beispiel 14
Die Versuche wurden wie in Beispiel 13 durchgeführt, mit der
Ausnahme, daß einige verschiedene Bestandteile verwendet
wurden. Die verschiedenen Bestandteile sind die
Zwischenschicht des Fotorezeptorelements und das Material des
Ladeelements.
Der Widerstand der Zwischenschicht wurde mittels einer
organischen polymeren Substanz eingestellt. Die
Durchschlagspannung der Zwischenschicht war hoch, sie betrug
-400 V. Der Stromfluß durch die Zwischenschicht unter dieser
Spannung betrug -400 µA (Die Kontaktfläche mit der Elektrode
betrug 620 mm2, an die Elektrode wurde eine negative Spannung
angelegt und das leitfähige Trägerelement war geerdet). Die
Stromdichte ρi war 0,65 µA pro mm2. Der Widerstand Rb betrug
ein Megaohm, und war damit geringer als der der
Zwischenschicht in Beispiel 13. Durch Veränderung der Fläche
der Elektrode wurde der Widerstand gemessen. Das Ergebnis
war, daß der Widerstand der Zwischenschicht umgekehrt
proportional zur Fläche ist. Der Widerstand Rbb betrug 1,0.
1010 (Ω). Die Stromdichte ρi wurde auf den gleichen Wert wie
oben eingestellt (0,65 µA pro mm2).
Der Aufbau des Ladeelements war im wesentlichen gleich zu dem
aus Beispiel 13.
Die leitfähige Elastikschicht war jedoch, anders als in
Beispiel 13, aus einem Uretanschaum mit offenen Zellen
hergestellt. Der durch das Blasenpunktverfahren bestimmte
Zelldurchmesser betrug 30 µm. Zehn Walzen wurden wie in
Beispiel 13 hergestellt. Die Widerstandswerte Ra, wenn die
Kontaktflächen der Walzen mit der Elektrode 620 mm2 betrugen,
sind in Tabelle 14 gezeigt. Diese Tabelle listet die
Versuchsbedingungen 1 bis 10 aus Beispiel 14 und die
erhaltenen Ergebnisse in entsprechender Weise auf. Die
Stromdichte ρi wurde auf den gleichen Wert eingestellt, wie
wenn die Durchschlagspannung an der Zwischenschicht angelegt
worden war (0,65 µA pro mm2). Die gemessene
Widerstandseigenschaft der Walze war, anders als bei Beispiel
13, abhängig vom Strom. Der Widerstand der Walze war nicht
umgekehrt proportional zur Kontaktfläche mit der Elektrode.
Wenn der Kontaktbereich um 4 Einheiten vermindert wurde,
erhöhte sich der Widerstand nur um 3 Einheiten. Daher müssen
die Spannungsverhältnisse verglichen werden, wenn das
Ladeelement mit dem Fotorezeptorelement in kleinen Bereichen
in Kontakt kommt. Dabei wurde der Durchmesser der feinen
Löcher auf einen Wert von 0,28 mm eingestellt (deren Fläche:
0,061 mm2). Der Walzenwiderstand wurde auf Basis der
Flächenabhängigkeit des Widerstands gemäß der oben
beschriebenen Methode vorhergesagt. Die Widerstände für eine
Fläche von 0,061 mm2, bezeichnet als Raa, ist wie in Tabelle
14 gezeigt. Die Stromdichte ρi wurde auf den gleichen Wert
wie oben eingestellt (0,65 µA pro mm2). Die übrigen
Meßbedingungen waren im wesentlichen gleich wie im Beispiel
13. In Tabelle 14 ist die Spannung Vc unter Verwendung der
Widerstände Ra und Rb berechnet, und die Spannung Vcc wurde
unter Verwendung der Widerstände Raa und Rbb errechnet.
Nachfolgend werden die Ergebnisse eines Versuchs beschrieben,
bei dem die Walzen in Kontakt mit der Zwischenschicht
gebracht wurden, ohne daß sich eine Fotorezeptorschicht
dazwischen befand.
An die Walze wurde eine Spannung angelegt, während diese für
1 Minute unter der Bedingung der Kombinationen aus
Walzenwiderstand und angelegter Spannung gemäß Tabelle 14
gegen die Röhre gedrückt wurde.
Wie aus einem Vergleich der in Tabelle 14 gezeigten
Spannungen Vb und Vcc ersichtlich ist, erfüllen die
Bedingungen 1 bis 6 in Beispiel 14 nicht die Ungleichung
(20). Bei einer Kombination der Bedingungen 1 bis 6 gemäß
dieses Beispiels schlug die Zwischenschicht durch (in Tabelle
14 ist dies durch ein "x" in der Spalte "Durchschlagen der
Zwischenschicht" gekennzeichnet).
Die Kombinationen der Bedingungen 7 bis 10 in Beispiel 14
erfüllt die Ungleichung (20). Die Zwischenschicht schlug
nicht durch (dies wurde durch einen geschlossenen Kreis in
der Spalte "Durchschlagen der Zwischenschicht" kenntlich
gemacht).
Nachfolgend werden die Ergebnisse eines Versuchs beschrieben,
bei dem die Walze mit dem Fotorezeptorelement, welches eine
Fotorezeptorschicht aufwies wie in einem tatsächlichen Fall,
in Kontakt gebracht wird.
Gemäß den Bedingungen 1 bis 5 aus Beispiel 14, ist |Vb| < |Vcc|,
wobei diese Bedingungen die Ungleichung (20) nicht erfüllen.
Die Bedingungen 3 bis 5 in Beispiel 14 erlauben, daß |Vb| < |Vc|
ist, und dadurch erfüllen sie die Ungleichung |Vb| ≧ |Va|.Rb/(Ra
+ Rb). Jede der Walzen wurde mit einer Belastung von 1000 (g)
gegen ein Fotorezeptorelement gedrückt, in dessen
Fotorezeptorschicht eine Schadstelle mit einem Durchmesser
von 0,28 mm ausgebildet war. Gemäß den Bedingungen 1 bis 5
floßen bei den feinen Löchern Ströme. Über den gesamten
Klemmbereich zwischen der Walze und der Fotorezeptorschicht
erfolgte nur eine schwache Aufladung. Auf den gedruckten
Bildern erschienen während des Umdrehungsvorgangs schwarze
Streifen. Die Bildqualität war erheblich verschlechtert.
Demzufolge wurde in der Spalte "schwarze Streifen" in Tabelle
14 ein x eingetragen. Die Umfangsgeschwindigkeit der Walze
war gleich der des Fotorezeptorelements. Vor dem Druckvorgang
waren die Teile der Zwischenschicht direkt unterhalb der
feinen Löcher nicht durchgeschlagen. Nach dem Drucken waren
diese Teile durchgeschlagen.
Daraus wurde die Tatsache bestätigt, daß als die Bedingung
für ein Nichtdurchschlagen der Zwischenschicht (oder
Unterschicht) die Ungleichung (20)
|Vb| ≧ |Va| . Rbb/(Raa + Rbb),
und nicht
|Vb| ≧ |Va| . Rb/(Ra + Rb)
verwendet werden muß.
Gemäß Bedingung 6 von Beispiel 14 ist |Vb| < |Vcc|, und diese
Bedingung erfüllt nicht die Ungleichung (20). Wie unter den
Bedingungen 1 bis 5 in Beispiel 14, wies das verwendete
Fotorezeptorelement ein feines Loch auf. Ströme flossen zu
den feinen Löchern. Beim Drucken wiesen die gedruckten Bilder
am Anfang schwarze Punkte auf, aber die Druckqualität war
zufriedenstellend. Beim Fortführen des Druckens wurden die
schwarzen Punkte größer. Nach 200 bedruckten Blättern
erschienen während des Umdrehungsvorgangs schwarze Streifen
auf den Bildern. Die Verschlechterung der Bildqualität war
erheblich. Daher wurde in der Spalte "Schwarze Streifen" in
Tabelle 14 ein x eingetragen. Vor dem Drucken waren die Teile
der Zwischenschicht direkt unter den feinen Löchern nicht
durchgeschlagen. Nach 200 Druckvorgängen waren die feinen
Löcher der Fotorezeptorschicht auf einen Durchmesser von 1 mm
angewachsen und die Zwischenschicht war durchgeschlagen.
Bei den Bedingungen 7 bis 10 in Beispiel 14 ist |Vb| < |Vcc|, und
die Bedingungen erfüllen die Ungleichung (20). Wie bei den
Bedingungen 1 bis 6 in Beispiel 14 wiesen die verwendeten
Fotorezeptorschichten feine Löcher auf. In die feinen Löcher
floß kein Strom. Während des Druckens wiesen die gedruckten
Bilder schwarze Punkte auf, aber die Druckqualität von 20.000
bedruckten Blättern war zufriedenstellend. Demzufolge wurde
in die Spalte "Schwarze Streifen" in Tabelle 14 ein
geschlossener Kreis eingetragen. Auch nach 20.000 bedruckten
Blättern war die Zwischenschicht nicht durchgeschlagen.
In den vorgenannten Beispielen ist es notwendig, daß eine der
Formeln (8), (13) und (17) erfüllt ist. Es ist klar, daß
gemäß der vorliegenden Erfindung die Erfüllung einer
beliebigen Kombination dieser Formel möglich ist, wie
beispielweise der Formeln (8) und (13) oder aller Formeln
(8), (13) und (17).
Wie vorstehend beschrieben wurde, gilt in einem
Kontaktladungszuführelement zur Steuerung von Ladungen,
welche auf ein geladenes Element übertragen werden, indem sie
mit dem Kontaktelement, an dem eine externe Spannung angelegt
ist, mit dem zu ladenden Element in Kontakt gebracht wird,
eine der folgenden Gleichungen,
(A) log(R) ≧ log{Rp . (Va - Vt)/Vt} + (α - β) . log(S/s) + γ .
log(i/I),
wobei |Va| < |Vt| ist,
(B) a + b ≧ Va . 106/j ist,
wobei log(a) = log(R) + (β - γ) . log(S/s) - γ . log(j/I) und
log(b) = log(Rp) + α . log(S/s) ist, und
(C) log(R) ≧ log(Va . 106/k) + (γ - β) . log(S/s) + γ
log(k/I) ist.
In den vorgenannten Ungleichungen ist
Va(V): Die an dem mit dem zu ladenden Element in Kontakt
befindlichen Kontaktelement angebrachte Spannung,
I(µA): Der von dem Kontaktelement zu dem zu ladenden Element
fließende Strom,
S(cm2): Kontaktbereich des zu ladenden Elements mit dem
Kontaktelement,
R(Ω): Der Widerstand des Kontaktelements, wenn der Strom I(µ
A) in einem Bereich eingespeist wird, welcher dem
Kontaktbereich S(cm2) des Kontaktelements entspricht,
γ: Stromabhängigkeit des Widerstands des Kontaktelements,
1 - β: Die Flächenabhängigkeit des Widerstands des
Kontaktelements,
s(cm2): Fläche des schadhaften Teils des zu ladenden
Elements,
Vt(V): Durchschlagspannung einer Unterschicht,
i(µA): Stromfluß in einem Bereich der Unterschicht
entsprechend dem Kontaktbereich S(cm2), wenn eine gegenüber
der Durchschlagspannung Vt(V) geringfügig kleinere Spannung
an diesen Bereich angelegt ist,
Rp(Ω): Widerstand der Unterschicht, wenn ein Strom i(µA) in
einem Bereich der Unterschicht fließt, welcher dem
Kontaktbereich S(cm2) entspricht, wenn an diesen Bereich eine
Spannung angelegt ist, die geringfügig kleiner ist als die
Durchschlagspannung Vt(V),
j(µA): Strom, der in einem Bereich der Unterschicht fließen
kann, der dem schadhaften Teilbereich s(cm2) entspricht,
k(µA): Strom, der in einen schadhaften Teil des zu ladenden
Elements fließen kann, und
1 - α: Flächenabhängigkeit des Widerstands der Unterschicht.
Gemäß der Anordnung der vorliegenden Erfindung kann daher
sicher verhindert werden, daß ein durch ein Kontaktelement
zugeführter Überstrom konzentrisch dem schadhaften Teil einer
Fotorezeptorschicht zugeführt wird, wenn die
Fotorezeptorschicht eine schadhafte Stelle aufweist. Folglich
können die Folgen einer schwachen Ladung, die in Streifenform
erscheinen, nicht auftreten. Das gedruckte Bild weist eine
hohe Qualität auf. Die Kontaktladungszuführvorrichtung der
vorliegenden Erfindung verhindert die Zerstörung des
Kontaktelements und des elektrischen Schaltkreises durch
einen Überstrom. Weiterhin ist die
Kontaktladungszuführvorrichtung der Erfindung höchst
zuverlässig.