DE69130523T2

DE69130523T2 - Aufladevorrichtung

Info

Publication number: DE69130523T2
Application number: DE69130523T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Konica Corporation Hachioji-Shi Tokyo Haneda
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1990-09-07
Filing date: 1991-09-04
Publication date: 1999-05-20
Anticipated expiration: 2011-09-05
Also published as: EP0474220B1; EP0474220A2; EP0474220A3; DE69130523D1; US5351109A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Aufladevorrichtung, wie sie durch die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 definiert ist, unter Verwendung einer magnetischen Bürste, welche ein bilderzeugendes Objekt in einer Bilderzeugungsvorrichtung, beispielsweise einer elektrophotographischen Kopiermaschine oder dgl., einheitlich bzw. gleichmäßig mit Elektrizität auflädt.
Bisher ist im allgemeinen eine Corona-Ladeeinheit zum Aufladen eines bildformenden Objekts, z. B. einer Photorezeptortrommel oder dgl., in einer Bilderzeugungsvorrichtung eines elektrophotographischen Typs verwendet worden. In der Corona-Ladeeinheit wird eine Hochspannung an einen Entladungsdraht angelegt, um den ein intensives elektrisches Feld zur gasförmigen Entladung hervorgerufen wird, wobei die durch die gasförmige Entladung erzeugten geladenen Ionen auf dem bilderzeugenden Objekt adsorbiert werden, womit das bilderzeugende Objekt aufgeladen wird.
Eine solche herkömmliche, in einer Bilderzeugungsvorrichtung verwendete Corona-Ladeeinheit weist den Vorteil auf, daß ein bilderzeugendes Objekt nicht beschädigt wird, wenn es aufgeladen wird, da es geladen werden kann, ohne mechanisch die Corona-Ladeeinheit zu berühren. Die Corona-Ladeeinheit hat jedoch den Nachteil, daß ein Risiko eines elektrischen Schlags und eines elektrischen Streuverlustes aufgrund der dabei verwendeten Hoch spannung besteht, das bei der Gasentladung erzeugte Ozon für den menschlichen Körper schädlich ist und die Nutzdauer des bilderzeugenden Objekts verkürzt wird. Außerdem ist die Ladespannung einer Corona-Ladeeinheit unstabil, da sie stark von Temperatur und Feuchtigkeit beeinflußt ist, und die Corona-Ladeeinheit mehrere Sekunden braucht, um eine stabile Ladespannung nach dem Einspeisen von Hochspannung zu erhalten, was ein ernstes Problem darstellt, wenn eine Bilderzeugungsvorrichtung eines elektrophotographischen Typs als Kommunikationsterminal oder als Informationsprozessor verwendet wird.
Viele Nachteile einer oben erwähnten Corona-Ladeeinheit werden durch das Aufladen begleitende Gasentladung verursacht.
In diesem Zusammenhang ist als Ladevorrichtung, die zum Aufladen eines bilderzeugenden Objekts ohne erforderliche Gasentladung wie bei der Corona-Ladeeinheit, und ohne dem bilderzeugenden Objektmechanische Schäden zuzufügen, fähig ist eine Ladeeinheit in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. JP-A-59 133569 (nachstehend als japanische Patent-O. P. I.-Veröffentlichung bezeichnet) offenbart, wobei eine magnetische Bürste, die durch die Haftung magnetischer Teilchen auf einem Zylinder gebildet ist, zum Laden die Oberfläche eines bilderzeugenden Objekts bürsten kann.
Selbst im Falle der in der obengenannten japanischen Patentanmeldung offenbarten Ladevorrichtung ist es jedoch unmöglich gewesen, ein bilderzeugendes Objekt einheitlich mit perfekter Stabilität aufzuladen.

ABRISS DER ERFINDUNG

Die erste Aufgabe der Erfindung ist es, die obengenannten Probleme zu lösen und eine Ladevorrichtung zu schaffen, die zu einer einheitlichen bzw. gleichmäßigen Aufladung mit perfekter Stabilität fähig ist, ohne jegliches Auftreten von Ozon zu verursachen.
Die obengenannte erste Aufgabe der Erfindung kann durch eine Ladevorrichtung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, gelöst werden. Dieses Ladegerät bzw. diese Ladevorrichtung umfaßt einen Zylinder, der um Magneten drehbar ist, die auf der Außenseite befindliche Magnetpole und eine magnetische Bürste aufweisen, die aus einer an der Zylinderoberfläche haftenden Schicht magnetischer Partikel besteht. Der Zylinder wird bewegt, um ein bilderzeugendes Objekt in der Richtung aufzuladen, die mit der Bewegungsrichtung des bilderzeugenden Objekts identisch oder zu dieser entgegengesetzt ist, so daß die mit Spannung beaufschlagte magnetische Bürste das bilderzeugende Objekt bürsten kann, wobei die magnetischen Teilchen einen elektrischen Scheinwiderstand von 10&sup5; bis 10¹² Ω · cm aufweisen und die an die oben genannte Magnetbürste anzulegende Spannung eine Gleichspannung mit einer Wechsel-Vorspannungskomponente ist.
Die zweite Aufgabe der Erfindung ist es, eine Auflade- und Reinigungsvorrichtung bereitzustellen, in der kein Ozon erzeugt wird. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9 gelöst.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht zur schematischen Darstellung des Aufbaus einer mit einer Aufladevorrichtung versehenen elektrostatischen Aufzeichnungsvorrichtung, welche die erste Aufgabe der Erfindung erfüllt,
Fig. 2 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Beispiels einer Aufladevorrichtung der Erfindung,
Fig. 3 ein durch Verändern der Frequenz und der Spannung einer Wechselspannungskomponente erhaltenen Ladecharakteristik-Diagramms,
Fig. 4 eine Schnittansicht zur schematischen Darstellung des Aufbaus einer Bilderzeugungsvorrichtung, die mit einer Auflade- und Reinigungsvorrichtung versehen ist, welche die zweite Aufgabe der Erfindung erfüllt,
Fig. 5 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Beispiels einer Auflade- und Reinigungsvorrichtung der Erfindung,
Fig. 6 eine graphische Darstellung der Charakteristika eines Hoch-γ-Photorezeptors, und
Fig. 7 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Beispiels des Aufbaus des Hoch-γ-Photorezeptors.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Was die Teilchengröße von für die Erfindung verwendeten magnetischen Teilchen betrifft, so neigt eine Magnetbürste, wenn eine durchschnittliche Teilchengröße der magnetischen Teilchen groß ist, im allgemeinen dazu, ungleichmäßig zu sein, was selbst dann zu einer ungleichmäßigen Aufladung führt, wenn aufgeladen wird, während mittels eines elektrischen Feldes Schwingungen erzeugt werden, da (a) jede Borste der auf einem Bürstenträger ausgebildeten magnetischen Bürste grob ist. Zur Lösung dieses Problems ist es ausreichend, eine durchschnittliche Teilchengröße der Trägerpartikel zu reduzieren, wobei Experimente gezeigt haben, daß eine Wirkung von reduzierter durchschnittlicher Teilchengröße aufzutreten beginnt, wenn die durchschnittliche Teilchengröße 100 um oder weniger beträgt, und das unter (a) genannte Problem im wesentlichen nicht auftritt, wenn die durchschnittliche Teilchengröße 7,0 um oder weniger beträgt. Sind die Teilchen jedoch zu klein, so neigen sie dazu, an der Oberfläche des Bildträgers zu haften oder während der Aufladung zu streuen. Diese Phänomene sind mit der Intensität eines auf die Partikel einwirkenden Magnetfelds und der Stärke der durch das Magnetfeld bewirkten Magnetisierung der Partikel verbunden, und sie treten im allgemeinen dann klar auf, wenn eine durchschnittliche Teilchengröße von Partikeln 30 um oder weniger beträgt.
Nach den vorstehenden Ausführungen ist eine durchschnittliche Teilchengröße für magnetische Teilchen von 100 um oder weniger vorzuziehen, und eine solche zwischen 70 um und 30 um noch günstiger. Übrigens wird dabei vorzugsweise die Intensität der Magnetisierung von 20 bis 200 Am²/kg (20 bis 200 emu/g) verwendet.
Zum Erhalt der oben erwähnten magnetischen Teilchen sind die Teilchen aus ferromagnetischen Materialien, beispielsweise aus Eisen, Chrom, Nickel und Kobalt oder deren Verbindungen oder Legierungen wie z. B. Tri-Eisen- Tetroxid, γ-Eisenoxid, Chromdioxid, Manganoxid, Eisen- und Mangan-Kupferlegierung, oder die Oberflächen dieser magnetischen Substanzen sind durch Kunstharze überzogen, beispielsweise styrolartige Harze, vinylartige Harze, ethylenartige Harze, kolophonium-denaturierte Harze, Acrylharze, Polyamidharze, Epoxyharze und Polyesterharze, oder die Teilchen sind aus Harzen hergestellt, in denen feine Partikel magnetischer Materialien verstreut sind, und die so erhaltenen Teilchen werden durch ein herkömmliches Auswahlmittel für durchschnittliche Teilchengröße der Partikelgrößenauswahl unterzogen.
Übrigens können die magnetischen Teilchen, von denen jedes zu einem Kügelchen geformt wird, einen Vorteil insofern liefern, als die auf einem Träger ausgebildete Teilchenschicht einheitlich bzw. gleichmäßig sein kann und eine hohe Spannung auf den Träger aufgebracht werden kann. D. h., magnetische Teilchen, von denen jedes zu einem Kügelchen geformt ist, bieten die Vorteile, daß (1) die Magnetisierung in der Richtung einer Hauptachse eines magnetischen Teilchens eliminiert wird und dadurch eine Schicht einheitlich bzw. gleichmäßig ausgebildet werden kann, wobei das Auftreten eines Teilbereichs mit geringerem elektrischem Widerstand und mit Ungleichmäßigkeit in der Schichtdicke verhindert wird, und (2) der Widerstand magnetischer Teilchen erhöht wird und sichtbare Kanten auf einem herkömmlichen Teilchen eliminiert werden, wodurch die Konzentration eines elektrischen Feldes auf die Kante nicht stattfindet, wobei dementsprechend, selbst wenn ein Träger für magnetische Teilchen mit einer hohen Vorspannung beaufschlagt wird, eine einheitliche Entladung auf der Oberfläche eines Bild trägers ausgeführt und eine ungleichmäßige Ladung verhindert wird. Da ein kugelförmiges Teilchen die oben genannte Wirkung zeitigt, ist es vorzuziehen, daß magnetische Teilchen so ausgebildet sind, daß ein elektrischer Scheinwiderstand von Trägerteilchen hiervon bei 10&sup5; Ω · cm oder mehr, und insbesondere nicht mehr als 10¹² Ω · cm betragen kann. Dieser elektrische Scheinwiderstand entspricht dem durch Ablesen eines Stromwerts nach Einbringen von Teilchen in einen Behälter mit einem Querschnittsbereich von 0,5 cm² und Abzapfen unter Anwendung einer Last von 1 kg/cm² auf die eingefüllten Teilchen und Beaufschlagen einer Spannung zwischen der Last und einer Elektrode am Boden zum Erzeugen eines elektrischen Felds von 1000 V/cm erhalten wird. Wenn eine Spannung an einen Teilchenträger unter dem Zustand geringen spezifischen elektrischen Widerstands angelegt wird, geht eine elektrische Ladung auf die Magnetteilchen über, und dadurch neigen die Magnetteilchen dazu, an der Oberfläche eines Bildträgers zu kleben, oder es kommt leicht zu einem Zusammenbruch der Vorspannung. Wenn demgegenüber der spezifische elektrische Widerstand hoch ist, dringt die elektrische Ladung nicht in ein magnetisches Teilchen ein, und dadurch wird keine Aufladung ausgeführt.
Zusammenfassend zu dem vorher Gesagten besteht eine optimale Bedingung darin, daß ein magnetisches Teilchen einer Rundungsbehandlung unterworfen wird, um ein Vorspringen, beispielsweise einen nadelförmigen Abschnitt oder eine Kante, zu eliminieren. Im Ergebnis hat das magnetische Teilchen ein Verhältnis von Hauptachse zu Nebenachse von 3 oder weniger, und ein spezifischer elektrischer Widerstand beträgt nicht weniger als 10&sup5; Ω · cm, vorzugsweise nicht weniger als 10&sup5; Ω · cm und nicht mehr als 10¹² Ω cm. Diese kugelförmigen magnetischen Teilchen werden durch Auswahl magnetischer Sub stanzen hergestellt, die kugelförmig oder beinahe kugelförmig sind, indem so weit wie möglich Feinteilchen magnetischer Substanzen für Teilchen eines Typs mit feiner Teilchenverteilung magnetischer Substanz verwendet wird, eine Rundungsbehandlung nach Ausbildung der Dispersionsharzteilchen stattfindet und bewirkt wird, daß die Teilchen durch ein Trockensprühverfahren Dispersionsharzteilchen aufnehmen.
Die vorstehenden Ausführungen stellen die Bedingungen für magnetische Teilchen dar. Als nächstes werden die Bedingungen für einen magnetischen Teilchenträger erläutert, auf dem eine Teilchenschicht ausgebildet ist und ein Bildträger geladen ist.
Als Träger magnetischer Teilchen wird ein Teilchenträger verwendet, an den eine Vorspannung angelegt werden kann. Bei Teilchen wird vorzugsweise ein Teilchenträger verwendet, der die Struktur aufweist, bei der ein magnetischer Körper mit mehreren Magnetpolen innerhalb des Mantels bzw. der Hülle des drehbaren Zylinders auf der Oberfläche vorgesehen ist, auf der die Teilchenschicht gebildet wird. Im Fall des obengenannten Teilchenträgers bewegt sich eine an der Oberfläche der Hülle bzw. des Mantels ausgebildete Teilchenschicht, während sie wie eine Welle wogt. Daher werden auch nach und nach frische magnetische Teilchen zugeführt, wobei die Ungleichmäßigkeit in der Dicke voll durch die genannte Wellenbewegung ausgeglichen werden kann, so daß kein Problem in der praktischen Nutzanwendung verursacht wird, selbst wenn eine Ungleichmäßigkeit in der Dicke der Teilchenschicht auf der Oberfläche des Mantels bzw. der Hülle verursacht wird. Vorzugsweise ist die Geschwindigkeit des durch die Drehung des Mantels oder darüberhinaus durch die Drehung des magnetischen Körpers bewirkten Transports magnetischer Teilchen meist identisch oder höher als die Bewegungsgeschwindigkeit des Bildträgers. Ferner kann die Richtung des durch die Drehung des Mantels bewirkten Transports von Teilchen entweder die gleiche oder eine entgegengesetzte sein. Was die Wirksamkeit der Reinigung angeht, ist jedoch die entgegengesetzte Richtung für die Reinigungswirksamkeit besser als die gleiche Richtung. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die obigen Ausführungen beschränkt.
Was die Dicke einer auf dem Teilchenträger ausgebildeten Teilchenschicht angeht, so ist es vorzuziehen, die Dicke, die in ausreichender Weise von einer Bürstendicken-Regulierplatte abgestrichen werden kann, zu nivellieren, und es ist wünschenswert, daß der Abstand zwischen einem Teilchenträger und einem Bildträger 100 bis 5000 um beträgt. Wenn der Abstand zwischen der Oberfläche des Teilchenträgers und der des Bildträgers kleiner als 100 um ist, gestaltet es sich schwierig, Borsten einer magnetischen Bürste zu bilden, welche die Oberfläche eines Bildträgers gleichmäßig elektrisch laden können, und es wird unmöglich, dem Aufladeabschnitt genügend Magnetteilchen zuzuführen, wodurch eine stabile Aufladung nicht ausgeführt werden kann. Wenn der Abstand 5000 um überschreitet, wird dagegen eine rauhe Teilchenschicht gebildet, und es findet eine ungleichmäßige Aufladung statt, und außerdem wird die Wirksamkeit der Übertragung von elektrischer Ladung auf die Teilchen vermindert, wodurch eine ausreichende Aufladung nicht ausgeführt werden kann. Wie oben erwähnt, wird es unmöglich, die Dicke der Teilchenschicht auf dem Teilchenträger für diese Beabstandung einzustellen bzw. anzupassen, wenn der Abstand zwischen dem Teilchenträger und dem Bildträger extrem klein oder extrem groß ist. Wenn die Dicke jedoch im Bereich zwischen 100 und 5000 um liegt, ist es möglich, die Dicke der Teilchenschicht für diese Beabstandung in geeigneter Weise anzupassen. Der Grund hier für ist, daß das Auftreten von vom Bürsten einer magnetischen Bürste verursachten Wobbelmarken (swept marks) verhindert werden kann.
Im Konzept für die Lösung der zweiten Aufgabe der Erfindung werden am Bildträger nach der Entwicklung haftende restliche Toner durch Bürsten der Magnetbürste beseitigt, und die Magnetbürstenanordnung ist in der vorliegenden Erfindung für eine normale Bilderzeugungsvorrichtung geeignet, in der positive Entwicklung durchgeführt wird. Beispielsweise wird in einer Bilderzeugungsvorrichtung, in der ein Bildträger positiv aufgeladen ist, eine positive Entwicklung mit negativ geladenen Tonern durchgeführt. Wenn daher magnetische Teilchen, welche den Toner negativ aufladen, verwendet werden, haften abgebürstete Toner an den magnetischen Teilchen einer magnetischen Bürste und werden damit vom Bildträger aufgesammelt.
Wenn Toner in eine aufladende magnetische Bürste gemischt werden, erhöht sich der Widerstand der magnetischen Bürste und führt zu einer Verminderung der Ladewirksamkeit. Daher wird veranlaßt, daß die magnetische Bürste, die das Bürsten des Bildträgers beendet hat, mit einer Sammelwalze in Berührung kommt, an die eine positive Gleichspannung angelegt ist, die höher als die Ladespannung ist, wodurch es möglich ist, die an der Magnetbürste befindlichen Toner an der Sammelwalze zu sammeln.
Die Erfindung umfaßt auch eine Reinigungsvorrichtung, die für eine Umkehr-Bilderzeugungsvorrichtung geeignet ist, in der eine Umkehrentwicklung ausgeführt wird. Beispielsweise wird in einer Bilderzeugungsvorrichtung, in der ein Bildträger positiv geladen ist, eine Umkehrentwicklung mit positiv geladenen Tonern ausgeführt. Wenn daher die magnetischen Teilchen, welche den Toner positiv aufladen, verwendet werden, haften die Toner an magnetischen Teilchen einer magnetischen Bürste, während diese bürstet, womit die Toner vom Bildträger abgesammelt werden. In diesem Fall ist die an die magnetische Bürste anzulegende Spannung dieselbe wie bei den Tonern, was die Polarität angeht. Selbst wenn ein Teil der Toner an einem Photorezeptor als Bildträger haftet, beeinflußt dies daher nicht die Bilderzeugung insgesamt, da die Polarität der Toner unverändert bleibt. Wenn jedoch die Toner in eine aufladende magnetische Bürste gemischt sind, wird der Widerstand der magnetischen Bürste erhöht, was zu einer Verminderung der Ladewirksamkeit führt. Daher wird veranlaßt, daß die magnetische Bürste, die das Abbürsten des Bildträgers beendet hat, in Kontakt mit einer Sammelwalze kommt, an die eine positive oder negative Gleichspannung angelegt ist, die niedriger ist als die Ladespannung, wodurch, es möglich ist, an der magnetischen Bürste befindliche Toner an der Sammelwalze zu sammeln.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die schematisch den Aufbau einer elektrophotographischen Aufzeichnungsvorrichtung darstellt, die mit einer Ladeeinrichtung zur Lösung der ersten Aufgabe der Erfindung ausgerüstet ist. In der Figur stellt Bezugsziffer 10 eine Photorezeptortrommel dar, die ein Bilderzeugungsobjekt ist,
das sich in der Pfeilrichtung dreht und von einer Ladeeinheit 20, einer Neutralisierungseinheit 12, einer bildgemäßen Belichtung L von einer Belichtungseinheit, einer Entwicklungseinheit 30, Übertragungswalzen 13 und einer Reinigungseinheit 50 umgeben ist, die alle später erläutert werden.
Im Basisbetrieb für den Kopiervorgang im vorliegenden Beispiel startet die Photorezeptortrommel 10 ihre Drehung in der Pfeilrichtung aufgrund der in der Steuereinheit ausgeführten Steuerung, wenn ein Befehl zum Kopierstart von einer nicht dargestellten Betätigungseinheit zu einer nicht dargestellten Steuereinheit gesendet wird. Wenn sich die Photorezeptortrommel 10 dreht, wird ihre Umfangsfläche gleichmäßig von der Ladeeinheit 20 aufgeladen, die später erklärt wird, und läuft durch die Neutralisierungseinheit 12. Die Neutralisierungseinheit 12 neutralisiert aufgrund der Steuerung der oben erwähnten Steuereinheit die Ladung in einem Randbereich außerhalb eines Bildbereichs, beispielsweise mittels Belichtung mit LED. Bei der später beschriebenen Umkehrentwicklung jedoch wird die Neutralisierungseinheit 12 nicht benötigt. Auf der Photorezeptortrommel 10 wird eine Bildeinschreibung ausgeführt, beispielsweise durch eine Abtast-Belichtungseinheit, welche ein nicht illustriertes Dokument abtastet, oder durch eine Bild-Schreibeinheit mittels eines Laserstrahls L, wodurch elektrostatische Latentbilder entsprechend dem Bild des Dokuments bzw. der Vorlage gebildet werden.
Die Entwicklungseinheit 30 enthält einen Zweikomponenten-Entwickler, der durch Rührschrauben 33a und 33b umgerührt wird, und dann an der Außenfläche der Entwicklungshülse 31 haftet, welche sich außerhalb eine Magnetwalze 32 zum Bilden einer magnetischen Bürste von- Entwicklern dreht. An die Entwicklungshülse 31 ist eine vorbestimmte Vorspannung angelegt, und die Entwicklung wird in dem Entwicklungsbereich durchgeführt, welcher der Photorezeptortrommel 10 gegenüberliegt. In diesem Fall wird, wenn ein gewöhnliches optisches Abtastsystem zum Erzeugen eines Latentbildes verwendet wird, eine normale Entwicklung ausgeführt, während eine Umkehrentwicklung für gewöhnlich ausgeführt wird, wenn eine bildweise Belichtung mittels eines Laserstrahls erfolgt. Das erwähnte elektrostatische Latentbild auf der Photorezeptortrommel 10 wird durch die Entwicklungseinheit 30 zu einem sichtbaren Tonerbild entwickelt.
Von der Blattzuführkassette 40 wird ein Aufzeichnungsblatt P Blatt um Blatt durch die erste Blattzuführwalze 41 zugeführt. Das so zugeführte Aufzeichnungsblatt P wird durch die zweite Blattzuführwalze 42, welche synchron mit dem erwähnten Tonerbild auf der Photorezeptortrommel 10 arbeitet, auf die Photorezeptortrommel 10 geschickt. Das Tonerbild auf der Photorezeptortrommel 10 wird auf das Aufzeichnungsblatt P durch eine Aktion der Übertragungswalze 13 aufgebracht, woraufhin das Aufzeichnungsblatt von der Photorezeptortrommel 10 getrennt wird. Das Aufzeichnungsblatt P, auf welches das Tonerbild übertragen worden ist, wird über die Transporteinrichtung 80 an eine nicht dargestellte Fixiereinheit übertragen und dann zwischen einer Wärmefixierwalze und einer Druckwalze sandwichartig durchgeführt, so daß das Tonerbild auf das Aufzeichnungsblatt aufgeschmolzen und auf diesem fixiert werden kann. Danach wird das Aufzeichnungsblatt von der Vorrichtung nach außen ausgeworfen. Die Oberfläche der Photorezeptortrommel 10, die sich dreht, während sich auf ihr Resttoner befinden, die nicht auf das Aufzeichnungsblatt P übertragen wurden, wird durch die mit einer Rakel 51 ausgerüstete Reinigungseinheit 50 abgeschabt und für den nächsten Kopierzyklus gereinigt.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht zur Darstellung eines Beispiels einer Ladevorrichtung 20 der Erfindung zur Verwendung für die elektrostatische Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Fig. 1. In der Figur stellt die Bezugsziffer 21 magnetische Teilchen dar, wobei kugelförmige Eisenteilchen verwendet werden, die beschichtet sind, um leit fähig zu sein. Als Alternative ist es möglich, leitfähige magnetische Kunstharzteilchen zu verwenden, die durch thermisches Kneten von magnetischem Pulver und Kunstharz und deren Pulverisierung erhalten wird. Um eine bessere Aufladung zu erzielen, wird jedes der Teilchen so angepaßt, daß seine äußere Form kugelförmig, mit der Teilchengröße von 50 um, ist; wobei sein spezifischer Widerstand 10&sup8; Ω · cm betragen kann.
Die Bezugsziffer 22 ist ein aus nicht nichtmagnetischem Metall hergestellter, leitfähiger Zylinder, und 23 ist eine säulenförmige, innerhalb des leitfähigen Zylinders 22 angeordnete Magnetstange (Walze). Die in der Figur dargestellte Magnetstange 23 ist magnetisiert, um einen außenseitigen S-Pol bzw. N-Pol aufzuweisen, und der leitende Zylinder 22 ist gegen die befestigte Magnetstange 23 drehbar gelagert. Ferner kann sich die Magnetstange 23, die ebenfalls geteilte Magnetpole aufweist, auch drehen. Der leitende Zylinder 22 wird so gedreht, daß seine Umfangsgeschwindigkeit an der Position, an der er der Photorezeptortrommel 10 gegenüberliegt, 1,2- bis 2,0 mal schneller als die der Photorezeptortrommel 10 ist, und die Bewegungsrichtung des leitenden Zylinders an der vorgenannten Position kann dieselbe wie die der Photorezeptortrommel 10 sein.
Der Photorezeptor 10 ist aus einem leitenden Basismaterial 10b und der Photorezeptorschicht 10a zusammengesetzt, welche das leitende Basismaterial 10b bedeckt, und das leitende Material 10b ist geerdet.
Die Bezugsziffer 24 ist eine Leistungsquelle für eine Vorspannung, die zwischen dem vorher erwähnten, leitenden Zylinder 22 und dem leitenden Basismaterial 10b eine Vorspannung anlegt, und der leitende Zylinder 22 ist durch die Leistungsquelle für die Vorspannung 24 und einen Schutzwiderstand 28 geerdet.
Die erwähnte Leistungsquelle 24 für Vorspannung ist eine Leistungsquelle, die eine Wechselvorspannung liefert, in der eine Wechselspannungskomponente einer Gleichspannungskomponente überlagert ist, die auf den Spannungswert festgelegt wird, der dem Ladespannungswert identisch ist. Der Wert der Vorspannung hängt von dem Abstand zwischen dem leitenden Zylinder 22 und der Photorezeptortrommel 10 und der Oberflächenspannung des Photorezeptors ab, wenn seine Beabstandung im Bereich von 0,1 bis 5 mm gehalten wird, wobei beim Aufladen bevorzugte Ladebedingungen erfolgreich durch Anlegen einer Gleichstrom-Vorspannung erzielt wurden, bei der die Wechselstromkomponente von 200 bis 3500 V als Peak-Peak-Spannung (Vp-p) einer Gleichstromkomponente von 500 bis 1000 V überlagert war, was weitgehend dieselbe Spannung ist wie die Ladespannung.
Übrigens wird in der Leistungsquelle 24 für die Vorspannung die Gleichstromkomponente auf der Grundlage der Steuerung einer konstanten Spannung gesteuert, und die Wechselstromkomponente wird auf der Basis der Steuerung eines konstanten Stroms gesteuert.
Die Bezugsziffer 25 ist ein Gehäuse, welches einen Lagerabschnitt für die erwähnten magnetischen Teilchen 21 bildet, und die erwähnten Zylinder 22 bzw. die Magnetstange 23 sind in diesem Gehäuse 25 angeordnet. Am Auslaß des Gehäuses 25 ist eine Regulierplatte 26 vorgesehen, welche die Dicke der Schicht magnetischer Teilchen 21, die am leitenden Zylinder 22 haften und von diesem getragen werden, reguliert, wodurch der Abstand bzw. der Spalt zwischen der Photorezeptortrommel 10 und dem leitenden Zylinder mit der Schicht von magnetischen Teilchen 21 mit der regulierten Dicke gefüllt wird.
Als nächstes werden die Betriebsvorgänge der oben erwähnten Ladeeinrichtung 20 erläutert.
Wenn der leitende Zylinder 22 in der Pfeilrichtung mit der Umfangsgeschwindigkeit gedreht wird, die 1,2- bis 2,0-mal größer ist als die der Photorezeptortrommel 10, während die Photorezeptortrommel 10 in der Pfeilrichtung gedreht wird, werden an dem leitenden Zylinder 22 haftende und von diesem getragene Magnetteilchen 21 magnetisch miteinander verbunden, um eine Bürste an der Stelle des leitenden Zylinders 22 zu bilden, die der Photorezeptortrommel 10 gegenüberliegt, und zwar aufgrund magnetischer Kraftlinien der Magnetstange 23, wodurch eine sogenannte magnetische Bürste gebildet ist. Die magnetische Bürste wird in der Drehrichtung des leitenden Zylinders 22 fortbewegt und berührt und bürstet die Photorezeptorschicht 10a der Photorezeptortrommel 10. Da die erwähnte Vorspannung zwischen dem leitenden Zylinder 22 und der Photorezeptortrommel 10 anliegt, werden elektrische Ladungen durch die leitenden magnetischen Teilchen 21 in die Photorezeptorschicht 10a eingebracht, wodurch eine Aufladung erfolgt. In diesem Fall trägt aufgrund der Anwendung einer Wechselvorspannung eine Schwingung zum Einbringen von Ladung von der magnetischen Bürste bei, was eine extrem stabile und gleichmäßige Aufladung ergibt. Die Rührplatte 27 ist ein sich drehendes Objekt, das um ihre Welle plattenförmige Elemente aufweist, welche die Ablenkung der magnetischen Teilchen 21 korrigiert.
Übrigens zeigt Fig. 3 die Ergebnisse, die nach der Änderung der Frequenz und der Spannung für die Kompo nenten der an der Hülse 2 im oben erwähnten Beispiel angelegten Wechselstromspannung erhalten wurden.
In Fig. 3 ist eine vertikal gestreifte Zone ein Bereich, in dem dielektrischer Durchschlag (dielectric breakdown) vorkommen kann, eine schräg gestreifte Zone ein Bereich, in dem eine ungleichmäßige Aufladung vorkommen kann, und eine nicht gestreifte Zone ein wünschenswerter Bereich, in dem eine stabile Aufladung ausgeführt werden kann. Wie aus der Figur ersichtlich ist, ändert sich der wünschenswerte Bereich leicht in Abhängigkeit von einer Änderung der Wechselspannungskomponente. Eine Wellenform einer Wechselspannungskomponente kann auch eine Rechteckwelle oder eine zerhackte Welle sein, ohne auf eine Sinuswelle beschränkt zu sein. Außerdem ist in Fig. 3 eine Niedrigfrequenzzone, die mit feinen Pünktchen schattiert ist, ein Bereich, in dem wegen Niedrigfrequenz eine ungleichmäßige Aufladung stattfindet.
Um im vorliegenden Beispiel eine Nicht-Aufladung zu erzielen, ist dies möglich, indem man veranlaßt, daß eine Gleichstromkomponente in der Vorspannung gleich Null ist. Wenn die Richtung der NS-Pole der Magnetstange 23 so gedreht wird, daß sie parallel mit einer Tangente an einer der Photorezeptortrommel 10 gegenüberliegenden Stelle ist, werden ferner Borsten einer magnetischen Bürste durch ein horizontales Magnetfeld so angeordnet, daß sie parallel zur Richtung einer Tangente an einem der Photorezeptortrommel 10 gegenüberliegenden Punkt sind und dadurch die Spitze der magnetischen Bürste von der Photorezeptortrommel 10 getrennt wird, wodurch es möglich ist, den Zustand der Nicht-Aufladung zu schaffen.
Wenn übrigens viele Toner, die auf der Oberfläche der Photorezeptortrommel 10 aufgrund des Betriebs einer Vorrichtung über einen langen Zeitraum auf der Photorezeptortrommel 10 verbleiben, in eine Schicht aus magnetischen Teilchen 21 eintreten, erhöht sich der Widerstand der magnetischen Bürste, und die Ladewirksamkeit wird verschlechtert. Daher müssen Toner daran gehindert werden, in eine Schicht aus magnetischen Teilchen einzutreten. Zu diesem Zweck ist es möglich, magnetische Teilchen so zu gestalten, daß sie Reibungselektrizität mit Tonern aufweisen, und es ist möglich, in der Ladeeinrichtung 20 eine Sammelwalze zum Anlegen einer Spannung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes, das Toner anzieht, vorzusehen, um zu bewirken, daß eingetretene Toner durch ein elektrisches Feld anhaften und eingesammelt werden können. Wenn die Polarität der an den leitenden Zylinder 22 anzulegenden Gleichstromvorspannung dieselbe ist wie die der geladenen Toner, haften die Toner leicht am Photorezeptor fest, und dadurch ist es möglich, ein Eindringen der Toner zu verhindern. Speziell wenn die Ladepolarität der Photorezeptortrommel 10 dieselbe ist wie die der Toner, wie im Fall einer Bilderzeugungsvorrichtung, die Umkehrentwicklung ausführt, ist die Ladepolarität des Photorezeptors 10 identisch zur Polarität der Toner in einer Entwicklungseinheit, womit es zu keiner Schleierentwicklung (fogging) auf den Bildern im Verlauf der Entwicklung kommt und sich dabei eine bevorzugte Kombination ergibt.
Oder aber, um die eingedrungenen Toner zu beseitigen, wenn eine Wechselvorspannung, in der eine Wechselspannungskomponente einer Gleichsspannungskomponente überlagert ist, deren Polarität derjenigen in der oben erwähnten Aufladung des Photorezeptors 10 · entgegengesetzt ist, durch eine Leistungsquelle für eine Vorspannung 24 angelegt ist, die durch eine Leistungsquellen-Steuereinrichtung gesteuert wird, zwischen dem leitenden Zylinder 22 und der Photorezeptortrommel 10 angelegt wird, bewegen sich die Toner und der Staub, die an den magnetischen Teilchen 21 haften oder in das Gehäuse 25 eingedrungen sind, zur Photorezeptortrommel 10 hin und haften an dieser. Da eine Vorspannung insbesondere eine Wechselvorspannung ist, ist es möglich, die Toner und den Staub sich in wirksamer Weise von den magnetischen Teilchen 21 zur Photorezeptortrommel 10 hin bewegen zu lassen, um daran festzuhaften, wodurch es möglich ist, die Toner und den Staub, welche in die magnetischen Teilchen 21 eingedrungen sind, zu beseitigen.
In bezug auf das Timing zur Beseitigung der haftenden Substanzen ist es möglich, sie während der nichtbilderzeugenden Periode zu beseitigen, wie beispielsweise in der Periode des Anschaltens für eine Bilderzeugungsvorrichtung zum Aufwärmen. Oder durch Freigeben haftender Substanzen an einen nichtbilderzeugenden Abschnitt zwischen, jedem während einer Bilderzeugungsperiode dort abzulagernden Bild, wodurch die Bildqualität nicht einmal in dem Fall einer kontinuierlichen Bilderzeugung verringert wird.
Während der Nicht-Bilderzeugung steuert die Stromquellen-Steuereinrichtung die oben erwähnte Stromquelle für eine Vorspannung 24 so, daß sie eine Wechselvorspannung liefert, in der die Wechselspannungskomponente der Gleichspannungskomponente überlagert ist welche die der vorhergehenden Aufladung entgegengesetzte Polarität aufweist. D. h., wenn eine Wechselvorspannung, in der eine Wechselspannungskomponente bei 200 V bis 3500 V als (Vp-p) einer Gleichspannung bei - 100 V bis - 1000 V überlagert ist, angelegt wird, bewegen sich an den magnetischen Teilchen 21 haftende Toner zur Photorezeptortrommel 10 hin und haften an dieser an. Außerdem kann im Gegensatz zum Fall im vorliegenden Beispiel, in dem eine Wechselspannungskomponente eine Gleichspannungskomponente überlagert, nur eine Gleichspannungskomponente angelegt werden. Eine Beseitigung von Tonern und Staub, die an den Magnetteilchen 21 haften, ist jedoch auf wirksamere Weise möglich, falls auch eine Wechselspannungskomponente überlagert wird.
In jedem Fall kann die Ladeeinrichtung 20 aufgefrischt werden, um ihre Ladeeffizienz wiederzugewinnen, wenn auf den magnetischen Teilchen 21 kumulierte Substanzen dazu gebracht werden, an der Photorezeptortrommel 10 anzuhaften, um kollektiv durch die Reinigungseinrichtung 50 beseitigt zu werden. Damit ist nicht nur eine stabile Aufladung zu jeder Zeit möglich, sondern es wird auch die Oberfläche der Photorezeptortrommel 10 konstant sauber gehalten. Deshalb ist es möglich, Bilder zu jeder Zeit stabil zu formen, ohne die Bildqualität der zu formenden Tonerbilder zu verschlechtern.
Durch die vorliegende Erfindung kann eine Ladeeinrichtung bereitgestellt werden, in der die angelegte Spannung gering sein kann, da die elektrischen Ladungen direkt in eine Photorezeptortrommel eingebracht werden können, ein Auftreten von Ozon verhindert werden kann und aufgrund der Überlagerung einer Wechselvorspannung eine stabile und gleichmäßige Aufladung ausgeführt werden kann.
Im folgenden wird ein Beispiel zur Lösung der zweiten Aufgabe der Erfindung erläutert. Fig. 4 ist eine Schnittansicht zur Darstellung des schematischen Aufbaus einer Bilderzeugungsvorrichtung, die mit einer Ladeeinheit und einer Reinigungseinheit, beide gemäß der vorliegenden Erfindung, ausgestattet ist.
In der Figur stellt die Bezugsziffer 101 einen trommelförmiger Photorezeptor dar, der ein bilderzeugendes Objekt ist, das sich in der Pfeilrichtung (im Uhrzeigersinn) dreht und von einer Lade- und Reinigungseinheit 120, einer Entwicklungseinheit 130 und dem Übertragungsriemen 150 umgeben ist.
Der Photorezeptor 101 ist ein Photorezeptor vom High-γ-Typ, der aus einer lichtempfindlichen Schicht 1A einer Zwischenschicht 1B und einem leitenden Träger 1C zusammengesetzt ist, wie Fig. 7 zeigt. Die Dicke der lichtempfindlichen Schicht ist 5 bis 100 um und beträgt vorzugsweise 10 bis 50 um. Im Photorezeptor 101 wird ein trommelförmiger, leitender Träger 1C aus Aluminium verwendet, auf dem sich eine Zwischenschicht 1B befindet, die aus Ethylen-vinylacetat-Copolymer hergestellt ist und eine Dicke von 0,1 um aufweist, auf der eine lichtempfindliche Schicht 1A mit einer Schichtdicke von 35 um vorgesehen ist.
Als der leitende Träger 1C wird eine Trommel aus Aluminium, Stahl oder Kupfer verwendet, und zusätzlich hierzu können ein bandförmiger (Träger), in dem eine metallische Schicht auf einen Kunststoffpapierfilm laminiert oder aufgedampft ist, oder ein metallisches Band, z. B. durch ein Elektroformverfahren erstelltes Nickelband, verwendet werden. Andererseits ist es vorzuziehen, daß die Zwischenschicht eine Löcherbeweglichkeit (hole mobility) derart aufweist, daß der Photorezeptor einer hohen Spannung von ± 500 bis 2000 V widerstehen kann, und bei positiver Aufladung beispielsweise verhindert werden kann, daß eine Elektron vom leitenden Träger 1C injiziert wird, und eine ausgezeichnet steile Licht-Abklingcharakteristik (light decay characteristic) durch ein Lawinenphänomen (avalanche phenomenon) erhalten werden kann. Es ist deshalb vorzuziehen, daß Ladungstransportsubstanzen eines in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. JP-A-63 44 662 beschriebenen, positiv aufladenden Typs, wie er vom Anmelder dieser Erfindung vorgeschlagen wurde, der Zwischenschicht 1B in einer Menge von nicht mehr als 10 Gew.-% hinzugefügt werden.
Als Zwischenschicht 1B ist es im allgemeinen möglich, beispielsweise die folgenden, in einer lichtempfindlichen Schicht für Elektrophotographie verwendeten Harze anzuwenden:
(1) ein Polymer von Vinyltyp, z. B. Polyvinylalkohol (Poval),
(2) ein Stickstoff enthaltendes Vinylpolymer, z. B. Polyvinylamin,
(3) ein Polymer vom Polyethertyp, z. B. Polyethylenoxid,
(4) ein Polymer vom Acrylsäuretyp, z. B. Polyacrylsäure und ihr Salz,
(5) ein Methacrylsäurepolymer, z. B. Polymethacrylsäure und ihr Salz,
(6) ein Polymer vom Celluloseethertyp, z. B. Methylcellulose,
(7) ein Polymer vom Polyethylenimintyp, z. B. Polyethylenimin,
(8) Polyaminsäure, z. B. Polyalanin,
(9) Stärke und ihre Derivate, z. B. Stärkeacetat und Aminstärke,
(10) ein in einem gemischten Lösungsmittel aus Wasser und Alkohol lösliches Polymer, z. B. lösliches Nylon als Polyamid.
Die lichtempfindliche Schicht 1A wird hauptsächlich durch Beschichten der Zwischenschicht mit eine Beschichtungslösung gebildet, die durch Zusammenmischen und Dispergieren von photokonduktiven, feinen Pigmentteilchen aus Phthalocyanin mit einer Teilchengröße von 0,1 bis 1 um und einem Antioxidans in einer Binder-Harzlösung ohne Zusatz irgendwelcher Ladungstransportsubstanzen, Trocknen und, wenn nötig, Hitzebehandlung derselben, zubereitet wird.
Bei der Verwendung von Photowiderstandsmaterialien und Ladungstransportsubstanzen in Kombination miteinander werden Photowiderstandspigment als Photowiderstandsmaterial und ein geringer Betrag einer Ladungstransportsubstanz, d. h. ein Fünftel Gewichts-% des Photowiderstandspigments, vorzugsweise ein Tausendstel bis ein Zehntel Gewichts-% des Photowiderstandspigments, sowie ein Antioxidans in Binderharz dispergiert, um die lichtempfindliche Schicht 1A herzustellen.
Wenn ein Teil von nicht übertragenen Tonerbildern bei der Umkehrentwicklung auf dem Photorezeptor 101 verbleibt, selbst nach einer erfindungsgemäßen Reinigung und Aufladung, sind ein Photorezeptor, dessen Spektralempfindlichkeit sich auf der langen Wellenlängenseite befindet, sowie gegenüber Infrarotstrahlen durchlässige Toner nötig, so daß ein Strahl von einem optischen Abtastsystem auf dem Photorezeptor eine Photowiderstand aktion auslösen kann, die nicht von Farbtonerbildern abzuschirmen ist.
Die Lichtabklingcharakteristik (light decay characteristic) eines Photorezeptors vom High-γ-Typ im vorliegenden Beispiel wird nachstehend erläutert. Fig. 6 ist eine graphische Darstellung der Charakteristik eines Photorezeptors von High-γ-Typ.
In der Figur ist V&sub1; die Ladespannung (V), Vo die Eingangsspannung (V) kurz vor dem Belichten, L&sub1; ein Energiebetrag (uJ/cm²) des belichtenden Lichts eines Laserstrahls, der nötig ist, damit die Eingangsspannung V&sub0; auf vier Fünftel der Eingangsspannung abfällt, und L&sub2; ein Energiebetrag (uJ/cm²) des belichtenden Lichts eines Laserstrahls, der benötigt wird, damit die Eingangsspannung V&sub0; auf ein Fünftel der Eingangsspannung abfällt.
Der bevorzugte Bereich von L&sub2; / L&sub1; ist wie folgt:
1,0 ≤ L&sub2;/L&sub1; ≤ 1,5
Das vorliegende Beispiel erfüllt die folgenden Bedingungen:
V&sub1; = 1000 V, V0 = 950 V, L&sub2;/L&sub1; = 1,2
Die Photorezeptor-Oberflächenspannung im belichteten Bereich beträgt 10 V.
Es wird eine Halbleiterphotozelle ausgewählt, die der Beziehung
(E1/2)/(E9/10) ≥ 2)
genügt, vorzugsweise
(E1/2) / (E9/10) ≥ 5
genügt,
wobei E1/2 die Lichtempfindlichkeit an der Stelle ist, die der mittleren Belichtungszeit entspricht, wobei die Eingangsspannung V&sub0; in einer Lichtabklingcharakteristik-Kurve auf die Hälfte davon abgeklungen ist, und E9/10 die Lichtempfindlichkeit an der Stelle ist, die der Eingangsbelichtungszeit entspricht, wobei die Eingangsspannung V&sub0; auf 9/10 derselben abgeklungen ist. In diesem Fall ist die Lichtempfindlichkeit in Form des absoluten Spannungswerts beim Abklingen auf extrem kleine Lichtmengen definiert.
In der Lichtabklingkurve des vorliegenden Photorezeptors ist der Absolutwert eines Differentialkoeffizienten für Spannungscharakteristika mit der in Fig. 6 dargestellten Lichtempfindlichkeit im Fall kleiner Belichtungsmengen klein, und fällt steil ab, wenn die Belichtungsmengen zunehmen. Im einzelnen zeigt eine Lichtabklingkurve in der anfänglichen Belichtungsperiode eine flache Kurve während eines bestimmten Zeitraums L&sub1;, der eine schwache Empfindlichkeitscharakteristik, wie in Fig. 6 gezeigt, im mittleren Belichtungszeitraum aufweist, zwischen L&sub1; und L&sub2; jedoch wechselt die Lichtabklingkurve plötzlich auf Ultrahoch-γ, die linear fällt und eine ultrahohe Empfindlichkeit zeigt. Es wird angenommen, daß der Photorezeptor eine Hoch-γ-Charakteristik durch ein Lawinenphänomen unter einem hohen Potential von + 500 bis + 2000 V zeigt. Im einzelnen wird davon ausgegangen, daß Träger, die auf der Oberfläche eines lichtempfindlichen Pigments im Anfangszeitraum der Belichtung erzeugt werden, wirksam in der Grenzschicht zwischen dem lichtempfindlichen Pigment und einem bedeckenden Harz abgefangen werden, womit ein Lichtverfall bzw. ein Abklingen sicher verhindert wird und in einem extrem plötzlichen Lawinenphänomen in dem mittleren Belichtungszeitraum resultiert. Der Photorezeptor dieser Art weist ein spezielles Merkmal insofern auf, als die ungleichmäßige Aufladung und eine ungenügende Reinigung des Photorezeptors auf die Bildqualität nicht beeinträchtigend wirkt, da die Aufzeichnung auf einer binären Basis ausgeführt wird. Im Basisbetrieb des Kopiervorgangs im vorliegenden Beispiel beginnt sich der Photorezeptor 101 in der Pfeilrichtung unter Steuerung der Steuereinheit zu drehen, wenn ein Kopier-Startbefehl von einer nicht dargestellten Betätigungseinheit an eine nicht dargestellte Steuereinheit gesendet wird. Wenn sich der Photorezeptor 101 dreht, wird dessen Umfangsfläche gereinigt und einheitlich bzw. gleichmäßig durch die Lade- und Reinigungseinheit 120 aufgeladen. Auf dem Photorezeptor 101 wird ein Bildeinschreiben durch einen Laserstrahl L, beispielsweise von einem nicht dargestellten Bildschreibgerät aus durchgeführt, wodurch ein dem Bild entsprechendes elektrostatisches Latentbild auf dem Photorezeptor 101 gebildet wird.
Eine Gleichstrom-Vorspannung und eine Gleichstrom- Plus-Wechselstromvorspannung wird an die Entwicklungshülse 131 der Entwicklungseinheit 130 angelegt, woraufhin eine nicht-kontaktierende Entwicklung mit einem Zweikomponenten-Entwickler auf dieser zur Bildung eines Tonerbilds ausgeführt wird. In diesem Fall kann entweder eine Kontaktentwicklung durch einen Zweikomponenten- Entwickler und eine Kontakt- oder Nichtkontakt- Entwicklung durch einen Monokomponenten-Entwickler angewandt werden. Auf diese Weise auf dem Photorezeptor 101 gebildete Tonerbilder werden auf ein bild aufnehmendes Blatt übertragen, das nacheinander durch die erste Blattzuführwalze von einer Zuführkassette für Leerblätter ausgegeben wird, und sukzessive durch die zweite Blattzuführwalze 142 synchron mit den vorher erwähnten Tonerbildern gefördert wird, um in der Pfeilrichtung fortbewegt zu werden.
D. h., das oben erwähnte Tonerbild wird auf ein bildaufnehmendes Blatt übertragen, das auf ein Übertragungsband 150 gefördert wird, welches vor der Übertragung zu laufen beginnt, um das bildaufnehmende Blatt mit dem Photorezeptor in Berührung zu bringen.
Das genannte Übertragungsband 150 erstreckt sich zwischen der Walze 159 und der Walze 160 und wird durch die Walze 160 in Umlauf gebracht, um synchron mit der Umfangsgeschwindigkeit des Photorezeptors 101 zu laufen, und wird von dem Photorezeptor 101 getrennt oder mit diesem in Berührung gebracht, und zwar in Abhängigkeit von der Aufwärtsbewegung bzw. der Abwärtsbewegung einer Vorbelastungswalze 158.
Für das genannte Übertragungsband 150 wird ein leitendes, mit einem Tuch gepolstertes Gummiband als Basisträger verwendet, und eine Schicht hohen Widerstands oder eine Isolierschicht aus einem elastischen Material mit einer Dicke von 0,5 mm ist auf der Außenfläche des mit einem Tuch gepolsterten Gummibands vorgesehen.
Die erwähnte Übertragung wird durch die Vorbelastungswalze 158 ausgeführt, wenn eine Übertragungsspannung, deren Polarität derjenigen von Tonern entgegengesetzt ist, an die Vorbelastungswalze 158 angelegt wird. Übrigens werden am Übertragungsband 150 haftende Toner beseitigt und durch die Reinigungseinheit 153 gesäubert.
Das bildaufnehmende Blatt, auf das die Tonerbilder in der oben geschilderten Weise übertragen wurden, wird von der Umfangsfläche des Photorezeptors 101 losgetrennt und dann durch eine Blattförderwalze zur Außenseite der- Vorrichtung ausgeworfen, nachdem es zu einer nicht dargestellten Fixiereinheit transportiert wurde, in der Toner auf das Bildaufnahmeblatt angeschmolzen und auf seiner Oberfläche fixiert wird.
Andererseits wird der Photorezeptor 101, nachdem das Bildaufnahmeblatt abgetrennt wurde, durch die Neutralisierungslampe 151 neutralisiert und dann durch die Lade- und Reinigungseinheit 120 gereinigt, welche restliche Toner, die auf dem Photorezeptor 101 verbleiben, beseitigen, um für den folgenden Druckzyklus bereit zu sein.
Fig. 5 ist eine Schnittansicht zur Darstellung eines Beispiels einer Lade- und Reinigungseinheit 120 gemäß der Erfindung, die für die elektrostatische Aufzeichnungsvorrichtung in Fig. 1 verwendet wird. In der Figur stellt die Bezugsziffer 121 magnetische Teilchen dar, wobei in einer Ausführungsform leitend beschichtete, kugelförmige Eisenteilchen verwendet wurden. Um eine ausgezeichnete Aufladung zu ergeben, werden die Teilchen in eine kugelförmige äußere Form mit einer Teilchengröße von 50 um und einem spezifischen Widerstand von 10&sup8; Ω · cm gebracht. Wahlweise können auch leitende magnetische Harzteilchenverwendet werden, die durch Pulverisieren von magnetischen Teilchen und eine Durchmischung mit Harzen als Hauptbestandteile nach einer thermischen Durchknetung derselben erhalten werden.
Die Bezugsziffer 122 ist ein leitender Zylinder, der aus nichtmagnetischem Metall hergestellt ist, und die Bezugsziffer 123 ist ein stabförmiger Magnetstab (Walze), der innerhalb des leitenden Zylinders 122 angeordnet ist. Der Magnet 123 wird zur Ausbildung eines S-Pols und eines N-Pols magnetisiert, und der leitende Zylinder 122 ist drehbar gegen den feststehenden Magneten 123 gelagert. Der Magnet 123 kann als einpolig angeordneter Pol drehen. Die Magnetkraft des Magneten 123 beträgt nicht weniger als 0,06 T (600 Gauß), und die oben erwähnten magnetischen Teilchen 121 werden auf 50 Am²/kg (emu/g) magnetisiert. Ferner wird der leitende Zylinder 122 in der der Bewegungsrichtung des Photorezeptors 101 entgegengesetzten Richtung an dem Punkt gedreht, an dem der leitende Zylinder dem Photorezeptor 101 gegenüberliegt, und zwar mit einer 1,2- bis 2,0-mal höheren Umfangsgeschwindigkeit als der des Photorezeptors 101.
Der leitende Träger 101C des Photorezeptors 101 ist geerdet.
Die Bezugsziffer 124 ist eine Energiequelle für eine Vorspannung, welche zwischen dem oben erwähnten leitenden Zylinder 122 und dem leitenden Träger 101C eine Vorspannung anlegt, wobei der leitende Zylinder 122 durch diese Energiequelle 124 für die Vorspannung geerdet ist.
Die oben genannte Energiequelle 124 für Vorspannung ist eine Energiequelle, welche eine Wechselvorspannung liefert, wobei eine Wechselspannungskomponente einer Gleichspannungskomponente überlagert ist, die mit dem der anzulegenden Spannung identischen Wert erstellt wird, wobei die Spannung über den Schutzwiderstand 124a angelegt wird. Die Bedingungen für das Anlegen der Spannung hängen von dem Abstand zwischen dem leitenden Zylinder 122 und dem Photorezeptor 101 und der Ladespannung am Photorezeptor 101 ab. Es war möglich, bevorzugte Ladebedingungen durch Anlegen einer Wechselvorspannung zu erhalten, wobei die Wechselspannungskomponente von 200 bis 3500 V als Peak- Peak-Spannung einer Gleichspannungskomponente von 500 bis 1000 V überlagert wird, was meistens dieselbe wie die anzulegende Ladespannung ist, und zwar unter der Bedingung, daß der Abstand im Bereich von 0,1 bis 5 mm gehalten wird. Um eine ungleichmäßige Aufladung zu vermeiden, ist eine Frequenz von 300 Hz bis 10 kHz vorzuziehen.
Übrigens wird in der Energiequelle 124 für die Vorspannung eine Steuerung konstanter Spannung an die Gleichspannungskomponente angelegt, und eine Steuerung konstanter Stromstärke an die Wechselspannungskomponente.
Die Bezugsziffer 125 ist ein Gehäuse, das einen Lagerbereich für die oben genannten magnetischen Teilchen 121 bildet, wobei der vorgenannte leitende Zylinder 122 und der Magnet 123 im Gehäuse 125 untergebracht sind. Am Auslaß des Gehäuses 125 ist eine Regulierungsplatte 126 vorgesehen, welche die Dicke einer Schicht von magnetischen Teilchen 121 regelt, die an dem leitenden Zylinder 122 haftet und durch diesen gefördert wird, so daß die Schichtdicke mit dem festgelegten Abstand für die Entwicklung übereinstimmt, so daß der Abstand zwischen dem Photorezeptor 101 und dem leitenden Zylinder 122 mit der Schicht magnetischer Teilchen 121, die bezüglich ihrer Dicke geregelt ist, aufgefüllt ist. Die Bezugsziffer 127 ist eine Toner sammelnde Walze, an die eine Vorspannung angelegt ist, deren Polarität derjenigen des geladenen Toners T entgegengesetzt ist, die Bezugsziffer 128 ist eine Rührplatte, welche ein plattenförmiges Element um eine Welle dreht, die eine unausgeglichene magnetische Teilchenschicht 121 auf dem Zylinder 122 korrigiert, die Bezugsziffer 129 ist eine Toner sammelnde Rakel, welche den gesammelten Toner T von der Sammelwalze 127 abstreift, und die Bezugsziffer 191 ist eine Toner sammelnde Schnecke, welche den aufgesammelten Toner T zu einem Sammelkasten oder zur Entwicklungseinheit 130 befördert.
Übrigens sind in dem obigen Beispiel die durch Ändern von Frequenz und Spannung einer Wechselspannungskomponente, die am leitenden Zylinder 122 anliegt, erzielten Ergebnisse dieselben wie die in Fig. 3 dargestellten.
Im folgenden wird erläutert, wie die oben erwähnte Lade- und Reinigungseinheit 120 arbeitet.
Wenn der leitende Zylinder 122 in der der Pfeilrichtung des Photorezeptors entgegengesetzten Richtung bei einer Umfangsgeschwindigkeit gedreht wird, die um 1,2- bis 2,0mal höher liegt als die des Photorezeptors 101, während der Photorezeptor 101 in der Pfeilrichtung gedreht wird, werden die magnetischen Teilchen 121 magnetisch durch magnetische Kraftlinien des Magneten 123 miteinander verbunden, um eine Bürste zu bilden, die zu einer sogenannten magnetischen Bürste an derjenigen Stelle des leitenden Zylinders 122 wird, an der der leitende Zylinder dem Photorezeptor 101 gegenüberliegt. Die magnetische Bürste wird in Drehrichtung des leitenden Zylinders 122 gefördert und bürstet die lichtempfindliche Schicht 101A des Photorezeptors 101, um verbleibenden, nicht übertragenen Toner T auf der lichtempfindlichen Schicht 101A aufzufangen. Da die erwähnte Wechselvorspannung zwischen dem leitenden Zylinder 122 und dem Photorezeptor 101 angelegt wird, werden elektrische Ladungen in die lichtempfindliche Schicht 101A über leitende magnetische Teilchen 121 eingebracht und somit die Aufladung ausgeführt. Da in diesem Fall speziell eine Wechselvorspannung als Vorspannung angewendet wird, ist es möglich, die Aufladung mit extremer Stabilität auszuführen. Bei dieser Gelegenheit wird der verbleibende, nicht auf den Photorezeptor 101 übertragene Toner T elektrostatisch an der erwähnten magnetischen Bürste haften gelassen, welche die lichtempfindliche Schicht bürstet, und wird bis zur Sammelwalze 127 weiterbefördert, woraufhin der Toner T durch die höhere, an der Sammelwalze 127 anliegende Vorspannung auf die Sammelwalze 127 übertragen wird. Der verbliebene, nicht übertragene und zur Sammelwalze 127 beförderte Toner T wird durch die Sammelrakel 129 abgestreift und fällt auf den Boden des Gehäuses 125, wo der Toner T durch die Sammelschnecke 191 in einen nicht dargestellten Sammelkasten befördert wird, oder als recycelter Toner der Entwicklungseinheit 130 zugeführt wird.
Wenn die an der Oberseite der magnetischen Bürste gelegenen magnetischen Teilchen 121 an der Stelle der Rührplatte 128 ankommen, werden sie durch die Rührplatte 128 abgeschabt und umgerührt, wodurch die magnetischen Teilchen 121 der magnetischen Bürste konstant ausgetauscht werden. Ferner wird der mit magnetischen Teilchen 121 durchmischte Toner T, wie oben erwähnt, unmittelbar abgesammelt. Daher ist es möglich zu vermeiden, daß der spezifische Widerstand der magnetischen Teilchen 121 durch den (mit diesen) vermischten Toner T erhöht wird, und dadurch die Ladewirksamkeit sinkt, und daß konstant die stabile und gleichmäßige Aufladung zusammen mit der erwähnten Wechselvorspannung erzielt wird.
Wenn darüber hinaus der Photorezeptor 101 mit einer spezifischen High-γ-Charakteristik verwendet wird, wie in dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel gezeigt ist, und außerdem der Toner T mit einer Eigenschaft, gegenüber Infrarotstrahlung einer Wellenlänge von nicht weniger als 750 nm durchlässig zu sein, wie es in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. JP-A-2 271 371 offenbart ist, verwendet wird, tritt selbst dann kein Problem auf, wenn eine bestimmte Tonermenge T übrigbleibt, vorausgesetzt, daß die Toner sich nicht an einer Stelle zusammenballen. Daher zeigte die magnetische Bürste im vorliegenden Beispiel eine exzellente Reinigungswirkung, und selbst wenn der Toner T nicht vollständig aufgesammelt wird, kann die magnetische Bürste ein ausgezeichnetes Reinigungsmittel darstellen, da sie einen Nivellierungseffekt aufweist, nämlich den Toner T mit einer Eigenschaft der Transparenz gegenüber Infrarotstrahlung am Photorezeptor 101 im Fall der Bildung von Umkehrbildern unter Verwendung eines Umkehrentwicklungsverfahrens, gleichmäßig zu verteilen. Zum Erhalt einer Nicht-Aufladung im vorliegenden Beispiel ist es möglich, dies zu bewerkstelligen, indem veranlaßt wird, daß die Gleichspannungskomponente der Vorspannung Null ist. Wenn die Richtung der N-S-Pole von Magnet 123 so geändert wird, daß sie parallel mit einer Tangente an dem Punkt ist, an dem der Magnet dem Photorezeptor 101 gegenüberliegt, wird ferner durch ein horizontales magnetisches Feld bewirkt, daß Borsten der magnetischen Bürste parallel mit einer Tangente an dem Punkt sind, an dem der Magnet dem Photorezeptor 101 gegenüberliegt, womit eine Spitze bzw. ein oberer Teil der magnetischen Bürste vom Photorezeptor getrennt werden kann, um den Zustand der Nicht-Ladung und der Nicht-Reinigung herzustellen.
Es wird von einem Fall ausgegangen, in dem beispielsweise eine Zweikomponenten-Entwicklung und eine positive Aufladung des Photorezeptors ausgeführt werden:
(a) Der Toner muß für eine positive Entwicklung negativ aufgeladen werden, d. h. ein Entwickler, dessen Träger den Toner durch Reibungselektrifizierung negativ auflädt, wird verwendet, und
(b) für Umkehrentwicklung muß der Toner positiv aufgeladen werden, und es wird ein Entwickler verwendet, dessen Träger den Toner T positiv auflädt.
Es können dieselben magnetischen Teilchen als Entwicklerträger verwendet werden, und das Aufsammeln des Toners kann ebenfalls wirksam ausgeführt werden, um diesen Prozeß zu einem bevorzugten Lade- und Reinigungsvorgang zu machen.
Aufgrund des obengenannten Aufbaus der Erfindung ist es möglich, die Ladespannung zu verringern und dadurch das Auftreten von Ozon zu verhindern, da elektrische Ladungen direkt auf einen Photorezeptor beaufschlagt werden, und es ist möglich, eine Verschlechterung bzw. Abnutzung des Photorezeptors zu verhindern und eine extrem gleichmäßige Aufladung aufgrund der Wechselvorspannung durchzuführen. Die bemerkenswerte Wirkung des vorher Gesagten wurde bei Verwendung eines im Beispiel erläuterten High-γ-Photorezeptortyps beobachtet. Daher ist es in der Erfindung möglich geworden, eine Lade- und Reinigungseinheit bereitzustellen, bei der eine Ladeeinheit und eine Reinigungseinheit zur gemeinsamen Benutzung kombiniert werden, um eine Bilderzeugungsvorrichtung geringer Größe zu ermöglichen.

Claims

1. Vorrichtung zum Aufladen einer Bildfläche eines Bildträgerelements (10; 101), das sich in einer gegebenen Richtung dreht, umfassend:

einen dem Bildträgerelement gegenüberliegenden bzw. zugewandten, drehbaren Zylinder (22; 122),

einen im drehbaren Zylinder angeordneten Magneten (23; 123), wobei eine aus magnetischen Teilchen (21; 121) bestehende Magnetbürste auf dem drehbaren Zylinder durch das Magnetfeld des Magneten gebildet ist und die Magnetbürste mit dem Bildträgerelement in Berührung kommt, und

eine Energiequelle (24; 124) zum Anlegen einer Vorspannung zwischen dem Bildträgerelement und dem drehbaren Zylinder, wobei die Bildfläche des Bildträgerelements durch die Magnetbürste unter der Vorspannung aufgeladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß

die magnetischen Teilchen einen spezifischen elektrischen Widerstand von 105 bis 1012 Qcm haben und die.

Vorspannung eine Überlagerung einer Wechsel- und einer Gleichspannung ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

wobei ein Spitze-Spitze-Wert der Wechselspannung von 200 bis 3500 V beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Abstand zwischen dem drehbaren Zylinder und der Bildfläche des Bildträgerelements 0,1 bis 5 mm beträgt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die magnetischen Teilchen Kugelform aufweisen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die magnetischen Teilchen eine durchschnittliche Teilchengröße von nicht mehr als 100 um haben.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die magnetischen Teilchen eine durchschnittliche Teilchengröße von 30 bis 70 um haben.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die magnetischen Teilchen eine Magnetisierung von 20 bis 200 Am²/kg (20 bis 200 emu/g) aufweisen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein an einer Oberfläche des drehbaren Zylinders vorgesehenes Magnetfeld im wesentlichen parallel zu einer Tangente an einem Punkt ist, an dem der Magnet (23; 123) dem Bildträgerelement gegenüberliegt bzw. zugewandt ist, wenn keine Aufladung durchgeführt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung ferner umfaßt:

eine Einrichtung zum Erzeugen eines Tonerbildes auf der aufgeladenen Bildfläche des Bildträgerelements, (und) eine Einrichtung (150) zum Übertragen des Tonerbildes von der Bildfläche auf ein Aufzeichnungsmedium,

wobei die Magnetbürste den Resttoner auf (von) der Bildfläche nach der Übertragung des Tonerbildes auf das Aufzeichnungsmedium beseitigt.