DE69320842T2

DE69320842T2 - Aufladungsteil, Aufladungsvorrichtung, Prozesskassette und Bilderzeugungsgerät

Info

Publication number: DE69320842T2
Application number: DE69320842T
Authority: DE
Inventors: Erika C/O Canon Kabushiki Kaisha Tokyo Asano; Hiroki C/O Canon Kabushiki Kaisha Tokyo Kisu; Hiroaki C/O Canon Kabushiki Kaisha Tokyo Ogata; Masaharu C/O Canon Kabushiki Kaish Tokyo Ohkubo; Kazushige C/O Canon Kabushiki Kaisha Tokyo Sakurai; Yasushi C/O Canon Kabushiki Kaisha Tokyo Shimizu; Michihito C/O Canon Kabushiki Kaisha Tokyo Yamazaki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-01-30
Filing date: 1993-01-29
Publication date: 1999-03-04
Anticipated expiration: 2013-01-30
Also published as: EP0554114A3; EP0554114B1; EP0554114A2; JPH05273844A; DE69320842D1; US5534344A; HK1012440A1

Description

In der folgenden Beschreibung werden eine elektrofotografische Vorrichtung (ein Kopiergerät, Drucker oder dergleichen) und eine elektrofotografische Aufzeichnungsvorrichtung als ein Beispiel hergenommen.
Bei einer Bilderzeugungsvorrichtung wie zum Beispiel einer elektrofotografischen Vorrichtung ist eine Einrichtung zur Aufladung (Entladung) eines Bild-tragenden Elements in der Form eines elektrofotografischen lichtempfindlichen Element oder eines elektrostatischen dielektrischen Aufzeichnungselements oder dergleichen eine Korona-Entladeeinrichtung des Nicht-Kontakt-Ladetyps gewesen, welche einen Draht und eine Abschirmung enthält.
Die Korona-Entladeeinrichtung ist vorteilhaft derart, daß sie eine einheitliche Ladeleistung aufweist. Sie bringt jedoch die Nachteile mit sich, daß eine teure Hochspannungsquelle erforderlich ist, daß sie zusammen mit der Abschirmung für die Hochspannungsquelle einen großen Raum beansprucht, und daß sie im Betrieb eine relativ große Menge an unerwünschten Abprodukten wie zum Beispiel Ozon erzeugt.
Kürzlich ist anstelle der Korona-Entladeeinrichtung eine Ladeeinrichtung des Kontakttyps vorgeschlagen worden.
Beim Kontakt-Aufladen wird ein mit einer Spannung versorgtes Ladeelement (leitfähiges Element) mit einem aufzuladenden Element in Kontakt gebracht, wodurch die aufzuladende Oberfläche mit einer festgelegten Polarität und einem festgelegten Potential elektrisch aufgeladen wird. Dies ist vorteilhaft derart, daß die Spannung der Stromquelle so reduziert werden kann, daß Korona-Abprodukte wie zum Beispiel Ozon nicht in signifikanter Weise auftreten, und daß der Aufbau einfach ist und die Kosten deshalb gering sind.
Als Ladeelement des Kontakttyps sind ein Rollentyp unter Nutzung einer Rolle (japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 91253/1981), ein Klingentyp unter Nutzung eines Klingenelements (japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 104349/1981) oder eines Lade-Reinigungs-Typs (japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 165166/1981) vorgeschlagen worden.
Wie in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 149669/1988, welche an den Rechtsnachfolger dieser Anmeldung abgetreten worden ist, vorgeschlagen worden ist, wird zwischen dem Kontakttyp-Ladeelement und dem aufzuladenden Element eine oszillierende Spannung angelegt, die eine Spitze-Spitze-Spannung hat, welche nicht geringer als das Doppelte einer Ladestartspannung für das aufzuladende Element ist, wenn an das Kontaktladeelement nur eine Gleichspannung angelegt wird, wodurch das zu ladende Element elektrisch aufgeladen oder elektrisch entladen wird (Wechselspannungs-Typ), was vorteilhaft derart ist, daß ein einheitlicher Ladevorgang möglich ist. Die oszillierende Spannung ist eine Spannung, die einen sich periodisch ändernden Spannungspegel hat. Das Problem bei einer Kontakt-Ladeeinrichtung des Wechselspannungs-Typs besteht in einem auf die Wechselspannungskomponente der an das Kontakt-Ladeelement angelegten Ladevorspannung zurückzuführenden Geräusch (Ladegeräusch).
Der Mechanismus der Ladegeräuscherzeugung wird mit Bezug auf Fig. 12 beschrieben. Das zu ladende Element in Form einer lichtempfindlichen Trommel 1 weist eine aus Aluminium gefertigte und elektrisch geerdete leitfähige Basis (Basisplatte) 1b und eine lichtempfindliche Schicht 1a auf der Außenfläche der Basisschicht auf. Eine als das Kontakt- Ladeelement dienende Laderolle 20 ist mit der Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel in Druckkontakt. Sie enthält einen rostfreien Kern 21, der als eine Halterung dient, und eine mit dem Metallkern 21 einstückige Ladeschicht 22. Sie ist aus EPDM (Ethylen-Propylen-Terpolymer) gefertigt, in welchem Kohlenstoff verteilt ist, oder einer anderen festen leitfähigen Gummischicht gefertigt. Dem Metallkern 21 wird eine mit Wechselspannung vorgespannte Gleichspannung (oszillierende Spannung) angelegt.
(1) Aufgrund des Vorhandenseins der Wechselspannungskomponente der angelegten oszillierenden Spannung (Vac + Vdc) werden positive und negative Ladungen induziert, welche die lichtempfindliche Schicht 1a mit der positiven Ladung auf der Seite der Ladeschicht 22 und der negativen Ladung auf der Seite der Basisschicht 1b einhüllen, wie mittels einer dicken durchgehenden Linie (a) in dem Ladeelement 20 gezeigt ist.
(2) Da die positiven und negativen Ladungen einander anziehen, wird die Oberfläche der Ladeschicht 22 entgegen der Elastizität der Ladeschicht 22 zur Seite der lichtempfindlichen Trommel 1 angezogen, so daß sie sich aus der Position der dicken durchgezogenen Linie in die Position der dünnen durchgezogenen Linie (der Position der dicken durchgezogenen Linie in (b)) bewegt.
In Übereinstimmung damit bewegt sich der mit der Ladeschicht 22 einstückige Metallkern 21 aus der Position H&sub1; der dicken durchgezogenen Linie weg von der Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 1 in eine Position H2 der dünnen durchgezogenen Linie weg von der Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel (H2 < H1).
(3) Wenn der Umkehrzyklus des elektrischen Felds der Wechselspannung beginnt, werden die positive Ladung auf der Seite der Ladeschicht 22 und die negative Ladung auf der Seite der Basisschicht 1b durch die induzierten entgegengesetzten Polaritätsänderungen abgeschwächt.
Wenn das elektrische Feld der Wechselspannung von positiv nach negativ umschaltet, werden die positive Ladung auf der Seite der Ladeschicht 22 und die negative Ladung auf der Seite der Basisschicht 1b neutralisiert. (b) zeigt diesen Zustand.
(4) Im Ergebnis kehrt aufgrund der Anziehungskraft in Richtung auf die lichtempfindliche Trommel entgegen der Elastizität der Ladeschicht 22 die Oberfläche der Ladeschicht 22 durch die elastische Kraft aus der Position der dicken Linie in die Position der dünnen Linie (Position der dicken Linie (a)) zurück.
Somit kehrt der mit der Ladeschicht 22 einstückige Metallkern 21 aus der Position H2 der dicken Linie in die Ausgangsposition H1 zurück.
(5) Wenn die Spitze der negativen Seite des elektrischen Wechselspannungs-Felds erreicht ist, wie in Figur (c) gezeigt ist, werden die negative Ladung und die positive Ladung auf der Seite der Ladeschicht 22 und der Seite der Basisschicht 1b induziert.
Aufgrund der Anziehungskraft zwischen den negativen und positiven Ladungen wird die Oberfläche der Ladeschicht 22 erneut entgegen die Elastizität der Ladeschicht 22 auf die Seite der lichtempfindlichen Trommel 1 angezogen, so daß sie sich aus der Position der dicken Linie in die Position der dünnen Linie bewegt.
Deshalb wird der mit der Ladeschicht 22 einstückige Metallkern 21 erneut aus der Position H1 entsprechend der dicken Linie in die Position H2 entsprechend der dünnen Linie bewegt. Auf diese Weise wird die Oberfläche der Ladeschicht 22 entsprechend des wiederholten Polwechsels des elektrischen Wechselspannungs-Felds entgegen der Elastizität der Ladeschicht 22 wiederholt auf die Seite der lichtempfindlichen Trommel 1 angezogen und aufgrund der Auflösung der Anziehungskraft zurückgeführt, und ein mit der Ladeschicht 22 einstückiger relativ schwerer Metallkern aus rostfreiem Stahl oder dergleichen bewegt sich (H1, H2), und deshalb schwingt das gesamte Ladeelement 20 einschließlich des Metallkerns 21 und der Ladeschicht 22, wenn die oszillierende Spannung angelegt wird. Die Schwingung schlägt auf die lichtempfindliche Trommel 1 und resultiert in einem relativ hohen Ladegeräusch.
Wenn die Frequenz der Wechselspannung f ist und die Schwingungsfrequenz des Ladeelements 20 F ist, schwingt das Ladeelement 20 in einer Periodendauer der Wechselspannung zweimal, wie aus dem vorhergehenden deutlich wird, wobei die folgende Beziehung zwischen den Frequenzen f und F gilt,
2f (H2) = F(c/s).
Die Erzeugung des Ladegeräuschs ist nicht auf die Laderollen-Ausführung eingeschränkt, sondern es wird durch den gleichen Mechanismus auch im Fall der Ladeklinge oder eines Ladekissens oder dergleichen erzeugt.
Als eine Maßnahme zur Reduzierung des Ladegeräuschs wurde in Betracht gezogen, daß die Spitze-Spitze-Spannung Vpp der Wechselspannungskomponente der oszillierenden Spannung (Vac + Vdc), die an das Kontakt-Ladeelement 20 angelegt wird, weniger als doppelt soviel wie die Ladestartspannung für das Ladeelement beträgt. Mit Hilfe einer solchen Vorgehensweise kann das Ladegeräusch ziemlich reduziert werden.
Bei der Kontaktladung des Typ mit Anlegung von Wechselspannung bedeutet die Reduzierung der Spitze-Spitze-Spannung Vpp der Wechselspannungskomponente jedoch eine Reduzierung der einheitlichen Wirkung der Wechselspannungskomponente, und deshalb ist es nicht möglich, das aufzuladende Element einheitlich aufzuladen, was das Ergebnis einer punktähnlichen Ladungs-Uneinheitlichkeit nach sich zieht. Dies verhält sich derart, da es auf der Oberfläche des aufzuladenden Elements und der Kontaktfläche mikroskopische Vertiefungen und Vorsprünge gibt, und deshalb sind keine idealen Kontaktflächen erzielbar.
Bei einem elektrofotografischen Bilderzeugungsprozeß erzeugen die uneinheitlichen Punkte auf der lichtempfindlichen Trommel 1 schwarze Punkte im resultierenden Bild, was folglich die Bildqualität verschlechtert.
Demgemäß ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ladeelement zu schaffen, bei welchem es möglich ist, das Ladegeräusch zu reduzieren, wenn es in Verbindung mit einer Bilderzeugungsvorrichtung genutzt wird, und bei welchem eine einheitliche Ladung eines Bild-tragenden Elements zu erzielen ist.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Ladeelement vorgesehen, wie es im Anspruch 1 dargestellt ist.
In Übereinstimmung mit einem zweiten Aspekt ist eine Ladeklinge vorgesehen, wie sie im Anspruch 2 dargestellt ist. Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Berücksichtigung der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Kontakt-Ladeelements (einer Laderolle) oder einer Kontakt-Ladeeinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ist eine Längs-Schnittansicht von einer Seite der Einrichtung,
Fig. 3 ist eine Längs-Schnittansicht eines Kontakt-Ladeelements (einer Laderolle) oder einer Kontakt-Ladeeinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 ist eine Längs-Schnittansicht von einem Endabschnitt der Einrichtung,
Fig. 5 ist eine Schnittansicht eines Kontakt-Ladeelements (einer Laderolle) oder einer Kontakt-Ladeeinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 ist eine Längs-Schnittansicht von einem Endabschnitt der Einrichtung,
Fig. 7 ist eine Schnittansicht eines Kontakt-Ladeelements (einer Laderolle) oder einer Kontakt-Ladeeinrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 8 ist eine Längs-Schnittansicht von einem Endabschnitt der Einrichtung,
Fig. 9 ist eine Schnittansicht eines Kontakt-Ladeelements (einer Laderolle) oder einer Kontakt-Ladeeinrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 10 ist eine Schnittansicht einer Prozeßkassette gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 11 ist eine Schnittansicht einer Bilderzeugungsvorrichtung, bei welcher die Kontakt-Ladeeinrichtung genutzt wird,
Fig. 12A, 12B und 12C veranschaulichen den Mechanismus der Ladegeräuscherzeugung,
Fig. 13 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen d/t und dem Ladegeräusch oder einem ungeeigneten Ladepegel zeigt,
Fig. 14 ist eine Schnitt- und eine Vorderansicht eines Ladeelements,
Fig. 15 ist eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen einer Porosität und dem Ladegeräusch,
Fig. 16 ist eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen einer Ladefrequenz und einem Ladegeräusch,
Fig. 17 ist eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen einer Härte und dem Ladegeräusch eines Ladeelements,
Fig. 18 veranschaulicht ein Meßverfahren für die Härte des Ladeelements,
Fig. 19 ist eine Vorderansicht, die ein Herstellungsverfahren für das Ladeelement veranschaulicht,
Fig. 20 ist eine Schnittansicht und eine Vorderansicht eines Ladeelements,
Fig. 21 ist eine Vorderansicht der Umgebung eines Endabschnitts eines Ladeelements,
Fig. 22 ist eine Schnittansicht eines Ladeelements und eine perspektivische Ansicht der Umgebung eines Endabschnitts von diesem,
Fig. 23 ist eine Schnittansicht und eine Vorderansicht eines Ladeelements,
Fig. 24 ist eine Schnittansicht und eine Vorderansicht eines Ladeelements,
Fig. 25 ist eine Schnittansicht und eine Endabschnitts- Vorderansicht eines Ladeelements,
Fig. 26 ist eine Schnittansicht und eine Endabschnitts-Vorderansicht eines Ladeelements,
Fig. 27 ist eine Draufsicht, die eine ungeeignete Aufladung auf einem Übertragungsmaterial veranschaulicht,
Fig. 28 ist eine Vorderansicht eines Ladeelements,
Fig. 29 ist eine Vorderansicht eines Ladeelements,
Fig. 30 ist eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen einem Verhältnis der nicht verbundenen Fläche und dem Ladegeräusch,
Fig. 31 ist eine Vorderansicht eines Ladeelements,
Fig. 32 ist eine Vorderansicht eines Ladeelements.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
In Fig. 11 ist eine beispielhafte Bilderzeugungsvorrichtung gezeigt, bei welcher eine Kontakt-Ladeeinrichtung als die Ladeeinrichtung für ein Bild-tragendes Element genutzt wird. Die Bilderzeugungsvorrichtung ist ein Laserstrahldrucker unter Nutzung eines elektrofotografischen Prozesses.
Die Bilderzeugungsvorrichtung weist ein elektrofotografisches lichtempfindliches Element 1 des Trommeltyps (lichtempfindliche Trommel) auf. Sie wird zum Beispiel mit einer festgelegten Umfangsgeschwindigkeit in Uhrzeigerrichtung (A) gedreht (Prozeßgeschwindigkeit 40 mm/s). Die lichtempfindliche Trommel 1 weist eine negativ aufladbare organische fotoleitfähige Schicht 1a und eine leitfähige Basis 1b auf, welche elektrisch geerdet ist.
Ein Ladeelement (eine Laderolle) 2 ist mit der lichtempfindlichen Trommel 2 in Kontakt gebracht. Die Laderolle 2 ist im wesentlichen parallel zu der lichtempfindlichen Trommel 1 angeordnet, wobei deren Metallkern 2a mit Hilfe von Lagern (nicht gezeigt) an den entgegengesetzten Endabschnitten gehalten ist und mittels einer Feder 23 an die lichtempfindliche Trommel 1 gedrückt ist, so daß sie unter einem festgelegten Druck mit der Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 1 in Druckkontakt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Laderolle 2 mittels der lichtempfindlichen Trommel 1 angetrieben.
An die Laderolle 2 wird eine oszillierende Spannung in Form einer mit Wechselspannung vorgespannten Gleichspannung von einer Spannungsquelle 4 aus über eine mit dem Metallkern 2a in Kontakt stehende Gleitelektrode 24 angelegt. Die Gleichspannung hat eine negative Polarität. Die Spitze-Spitze- Spannung der oszillierenden Spannung ist nicht geringer als doppelt soviel wie eine Ladestartspannung, welche eine Spannung ist, bei welcher die Ladung der lichtempfindlichen Trommel beginnt, wenn nur eine Gleichspannung an das Ladeelement angelegt ist. Mittels der oszillierenden Spannung, die eine derartige Spitze-Spitze-Spannung aufweist, wird die Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 1 auf einheitliche Weise aufgeladen. Die oszillierende Spannung ist eine Spannung, die einen sich periodisch ändernden Spannungspegel hat. Ihre Wellenform kann sinusförmig, rechtekkig, dreieckig oder dergleichen sein. Die oszillierende Spannung kann durch periodisches Ein- und Ausschalten einer Gleichspannungsquelle geschaffen werden, um eine rechtwinklige Wellenform zu erzeugen.
Dann wird die geladene Oberfläche der sich drehenden lichtempfindlichen Trommel 1 mit einem sich hin und her bewegenden Laserstrahl 5 belichtet, welcher in Übereinstimmung mit einem elektrischen Zeitreihen-Signal von digitalen Bildelementen entsprechend einem Objektbild oder einer Information moduliert wird, oder welcher von einem nicht gezeigten Laserscanner emittiert wird, so daß die Information als ein elektrostatisch latentes Bild auf die lichtempfindliche Trommel geschrieben wird.
Das latente Bild wird mit Hilfe eines mit negativer Polarität aufgeladenen Toners mittels einer Entwicklungsrolle 6 einer Entwicklungseinrichtung durch Umkehrentwicklung als ein Tonerbild sichtbar gemacht (zu einem Tonerbild entwickelt). Das Tonerbild wird kontinuierlich auf ein Übertragungsmaterial 7 übertragen, welches mit einer festgelegten zeitlichen Abstimmung aus einer nicht gezeigten Bogenzuführungsstation in einen Spalt zugeführt worden ist, der zwischen der lichtempfindlichen Trommel und der Übertragungsrolle 8 ausgebildet ist.
Das Übertragungsmaterial 7, auf welches nun das Tonerbild übertragen worden ist, wird von der Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 1 getrennt und wird zu einer nicht gezeigten Bildfixiereinrichtung transportiert, wo es dem Bildfixiervorgang unterzogen wird. Es wird dann als ein Druck abgegeben.
Sodann wird die Oberfläche der sich drehenden lichtempfindlichen Trommel 1, nachdem das Übertragungsmaterial von dieser getrennt wurde, mit Hilfe einer Reinigungsklinge 9 einer Reinigungseinrichtung gereinigt, so daß der restliche Toner oder dergleichen von dieser entfernt wird. Dann wird das lichtempfindliche Element auf wiederholte Weise für die nächste Bilderzeugung genutzt.
Die Beschreibung wird hinsichtlich eines Ladeelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgenommen.
In Fig. 1 ist ein Kontakt-Ladeelement oder eine Kontakt- Ladeeinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Querschnitt gezeigt. Fig. 2 ist eine Längs-Schnittansicht eines Endabschnitts. Der Maßstab der Zeichnung ist zum Zweck der besseren Veranschaulichung nicht unbedingt genau.
Die Laderolle 2 weist einen elektrisch leitenden Metallkern 2a aus rostfreiem Stahl oder dergleichen, eine elektrisch leitende geschäumte Schicht 2b, die koaxial auf der Außenschicht des Metallkerns 2a ausgebildet ist, und eine Ladeschicht 2c in der Form einer ohne eine Verbindung dazwischen lose auf der Außenfläche der geschäumten Schicht 2b angebrachten Röhre auf.
Bei diesem Ausführungsbeispiel bilden der Metallkern 2a zum Halten der geschäumten Schicht 2b und eine einstückige Rolle der leitfähigen geschäumten Schicht 2b einen Halteabschnitt, und die Ladeschicht 2c in der Form einer diesen ohne Verbindung lose bedeckenden Röhre bildet einen Halteteil. Der Innendurchmesser des Ladeteils ist größer als der Außendurchmesser des Halteabschnitts.
Das Material der geschäumten Schicht 2b kann Polystyrol, Polyolefin, Polyester oder dergleichen oder EPDM oder ein Urethanmaterial sein, in welchem ein elektrisch leitendes Pulver wie zum Beispiel Kohlenstoff oder Zinnoxid verteilt und geschäumt ist. Es ist ein elastisches oder weiches Material. Mit 2b' sind Poren der geschäumten Schicht 2b bezeichnet, welche Luft, Stickstoff, Argongas oder dergleichen enthalten. Die elektrische Leitfähigkeit der geschäumten Schicht 2b ist nicht unbedingt notwendig, sondern es reicht aus, wenn die elektrische Verbindung zwischen dem Metallkern 2a, an welchen die Spannung angelegt wird, und der Ladeschicht 2c hergestellt wird. Somit kann sie aus einem isolierenden Material bestehen. Es ist notwendig, das Anlegen der Vorspannung an die Ladeschicht 2c zu gestatten. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegen die Poren einzeln vor, aber es ist ein Material mit durchgehenden Poren verwendbar.
Die Ladeschicht 2c besteht aus einem elektrisch leitenden Gummimaterial wie zum Beispiel EPDM oder dergleichen, in welchem Kohlenstoff verteilt ist.
Die Merkmale der Laderolle 2 sind wie folgt:
Metallkern 2a: Durchmesser 9mm; Länge 332 mm; Material Stab aus rostfreiem Stahl,
Geschäumte Schicht 2b: geschäumtes EPDM, in welchem leitfähiges Pulver verteilt ist, Schichtdicke 2, 3 mm; Länge 310 mm,
Ladeschicht 2c: Röhre aus leitfähigem EPDM-Gummi, in welchen Kohlenstoff gemischt ist und in welchem dieser fein verteilt ist; spezifischer Volumenwiderstand 105 Ohm. cm; Schichtdicke 80 Mikron.
Die Laderolle 2 ist mit Hilfe eines nicht gezeigten Lagers an entgegengesetzten Enden des Metallkerns 2a gelagert und ist mittels einer Feder 23 in einer Richtung an die lichtempfindliche Trommel 1 gedrückt, so daß sie unter einem Gesamtdruck von 10008 in Druckkontakt mit der Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 1 steht.
Die Ladeschicht 2c ist mittels der Feder 23 in den zwischen der Laderolle 2 und der lichtempfindlichen Trommel 1 ausgebildeten Spalt zwischen die geschäumte Schicht 2b und die lichtempfindliche Trommel 1 eingelegt, so daß sie sowohl mit der geschäumten Schicht 2b als auch mit der lichtempfindlichen Trommel 1 in engem Kontakt ist.
Mit der Drehung der lichtempfindlichen Trommel 1 wird die Laderolle 2 einschließlich der Laderollenröhre 2c durch die lichtempfindliche Trommel 1 angetrieben. Die Rolle 2 kann jedoch positiverweise in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung gedreht werden.
Die Laderolle 2 wird mit Hilfe der gleitenden Elektrode 24, die mit dem Metallkern 2a der Laderolle in Kontakt steht, aus einer Spannungsquelle 4 mit einer oszillierenden Spannung in der Form einer Kombination der folgenden Spannungen versorgt:
Wechselspannung Vac: 2,0 KVpp, 600 Hz
Gleichspannung Vdc: die Spannung, auf welche das lichtempfindliche Element aufgeladen wird (- 700 V)
Die Spannung wird mittels des Metallkerns 2a und der leitfähigen geschäumten Schicht 2b an die Ladeschicht 2c angelegt, und die meiste elektrische Ladung wird in den Spalt zwischen der Laderolle 2 und dem lichtempfindlichen Element 1 übertragen, so daß die Umfangsfläche der sich drehenden lichtempfindlichen Trommel 1 einheitlich auf das Sollpotential aufgeladen wird.
(1) Die Ladeschicht 2c (der Ladeabschnitt) schwingt wegen des im vorhergehenden beschriebenen Mechanismus aufgrund der Wechselspannungskomponente der angelegten oszillierenden Spannung, wie in Fig. 1 mittels der durchgezogenen Linie und der strichpunktierten Linie gezeigt ist. Da jedoch die Ladeschicht 2c nicht geklebt ist und deshalb unabhängig von der geschäumten Schicht 2b (dem Halteabschnitt) bewegbar ist, schwingt nur die Ladeschicht 2c, ohne daß eine Schwingung des Metallkerns und der einstückigen geschäumten Schicht 2b auftritt. Der Abstand H&sub1; zwischen dem Metallkern und der Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 1 wird im wesentlichen konstant gehalten.
Anders ausgedrückt, der schwere Metallkern 2a oder die den Metallkern enthaltenden Halteabschnitte 2a und 2b schwingen im wesentlichen nicht, und deshalb tritt die Schwingung nur in der Ladeschicht 2c auf, welche ein leichter Ladeabschnitt ist, und deshalb wird die durch die Laderolle 2 (das Ladeelement) auf die lichtempfindliche Trommel 1 (das aufzuladende Element) einwirkende Energie (Masse) reduziert, wodurch das erzeugte Ladegeräusch auf ein solches Maß reduziert wird, daß es kein Problem darstellt.
Die Kontakt-Ladeeinrichtung wurde in einer schalltoten Kammer angeordnet, und das Ladegeräusch wurde gemessen. Die Messung wurde nach ISO 7779 Abschnitt 6 ausgeführt. Im Ergebnis war das Ladegeräusch um 15-20 dB geringer als bei einer herkömmlichen festen Einrichtung. Wenn sie in eine Bilderzeugungsvorrichtung eingesetzt wurde, zeigte sich, daß die Kontakt-Ladeeinrichtung die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 1 in einheitlicher Weise ohne einen schlecht aufgeladenen Abschnitt aufladen konnte und deshalb gute Bilder erzeugt werden konnten.
Zum Zweck des Vergleichs wurde eine herkömmliche feste einstückige Laderolle 20, wie in Fig. 12 gezeigt ist, mit den folgenden Merkmalen hergestellt:
Metallkern 21: Durchmesser 9mm; Länge 332mm; Material Stab aus rostfreiem Stahl,
Ladeschicht 22: fester leitfähiger EPDM-Gummi, in welchen Kohlenstoff gemischt ist und in welchem dieser fein verteilt ist; spezifischer Volumenwiderstand 10&sup5; Ohm. cm; Schichtdicke 2,5mm; Länge 310 mm, Gewicht der Laderolle 20 185 g.
Das erzeugte Ladegeräusch war 57dB.
(2) Die Reduzierung des Ladegeräuschs erlaubt die Erhöhung der Frequenz der Wechselspannungskomponente der oszillierenden Spannung, die an das Kontakt-Ladeelement angelegt ist. Durch die Erhöhung der Frequenz können die Moiréränder, welche das Problem bei niedriger Frequenz darstellen, d. h. die aufgrund der Interferenz zwischen dem Abtastschichtstrahl und der Frequenz der Wechselspannungskomponente auf dem Bild erscheinenden Interferenzstreifen vermieden werden.
(3) Die Kraft, mit welcher die Laderolle 2 an die lichtempfindliche Trommel 1 schlägt ist reduziert, und deshalb kann das Schmelzen des nicht von dem lichtempfindlichen Element, das an die Trommel gedrückt wird, entfernten Toners, unterdrückt werden.
Mit Bezug auf Fig. 3 und 4 wird ein Ladeelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Laderolle 2 gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist eine leitfähige elastische Schicht 2d in Form eines dicken Zylinders, eine Ladeschicht 2c, die in einstückiger Weise auf den äußeren Umfang der leitfähigen elastischen Schicht 2d geschichtet ist, und einen Metallkern 2a auf, der lose in die leit fähige elastische Schicht 2d eingefügt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel dient der Metallkern 2a als ein Halteabschnitt und die lose auf diesem befestigte leitfähige elastische Schicht 2d und die Ladeschicht 2c auf dieser dienen als das Ladeteil. Das heißt, der Innendurchmesser des Ladeteils ist größer als der Außendurchmesser des Halteteils.
Die Merkmale der Laderolle 2 sind wie folgt:
Metallkern 2a: Durchmesser 9mm; Länge 332 mm; Material Stab aus rostfreiem Stahl,
leitfähige elastische Schicht 2d: fester Silikongummi, in welchen Kohlenstoff gemischt ist und in welchem dieser fein verteilt ist, Innendurchmesser 9,5 mm, Außendurchmesser 16 mm, Länge 310 mm, spezifischer Volumenwiderstand 10&sup5; Ohm. cm,
Ladeschicht 2c: Schicht aus leitfähigem EPDM-Gummi, in welchen Kohlenstoff gemischt ist und in welchem dieser verteilt ist; spezifischer Volumenwiderstand 10&sup5; Ohm. cm; Schichtdicke 80 Mikron.
Die Laderolle 2 ist, ähnlich wie die Laderolle im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, an entgegengesetzten Endabschnitten des Metallkerns 2a mit Hilfe von nicht gezeigten Lagern gehalten, und wird mittels einer Feder 23 an die lichtempfindliche Trommel 1 gedrückt, so daß sie mit einem Gesamtdruck von 1400 g in Druckkontakt mit der Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 1 gebracht wird.
Die Druckkraft der Feder 23 bringt die Ladeschicht 2c in dem Spalt zwischen der Laderolle 2 und der lichtempfindlichen Trommel 1 in engen Kontakt mit der Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 1, so daß der Metallkern 2a in engen Kontakt mit der Innenfläche der leitfähigen elastischen Schicht 2d gebracht wird. Die Laderolle 2 einschließlich der lose gehaltenen leitfähigen elastischen Schicht 2d und der Ladeschicht 2c und der Metallkern 2a werden mit Hilfe der lichtempfindlichen Trommel 1 angetrieben.
Die Laderolle 2 wird ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel mit Hilfe einer mit dem Metallkern 2a der Laderolle in Kontakt gebrachten gleitenden Elektrode 24 aus einer Spannungsquelle 4 mit einer oszillierenden Überlagerungs-Spannung (Vac + Vdc) versorgt. Die Spannung wird mittels des Metallkerns 2a und der leitfähigen elastischen Schicht 2d der Ladeschicht 2 angelegt, wodurch die Umfangsfläche der sich drehenden lichtempfindlichen Trommel 1 mittels Anlegung von Wechselspannung und des Kontakt-Ladevorgangs einheitlich auf ein Sollpotential aufgeladen wird.
Die leitfähige elastische Schicht 2d und die Ladeschicht 2c (das Ladeteil) schwingen wegen des im vorhergehenden beschriebenen Mechanismus aufgrund der Wechselspannungskomponente der angelegten oszillierenden Spannung, wie in Fig. 3 mittels der durchgezogenen Linie und der strichpunktierten Linie gezeigt ist. Da jedoch die Ladeteile 2d und 2c nicht verbunden sind und deshalb unabhängig von dem Halteteil, d. h. dem Metallkern 2a bewegbar sind, schwingt nur das Ladeteil einschließlich der leitfähigen elastischen Schicht 2d und der Ladeschicht 2c, aber am Metallkern 2a (das Halteteil) treten im wesentlichen keine Schwingungen auf. Deshalb wird der Abstand H&sub1; zwischen dem Metallkern 2a und der Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 1 im wesentlichen konstant gehalten.
Anders ausgedrückt, der schwere Halteabschnitt (Metallkern 2a) schwingt im wesentlichen nicht, und deshalb tritt die Schwingung nur in der leitfähigen elastischen Ladeschicht 2d und der Ladeschicht 2c auf, welche ein leichtes Gewicht haben. Deshalb wird die durch die Laderolle 2 (das Ladeelement) auf die lichtempfindliche Trommel 1 (das aufzuladende Element) einwirkende Energie (Masse) reduziert, wodurch das erzeugte Ladegeräusch in einem solchen Maße reduziert wird, daß es kein Problem darstellt.
Die Kontakt-Ladeeinrichtung wurde in einer schalltoten Kammer angeordnet, und das Ladegeräusch wurde gemessen. Die Messung wurde nach ISO 7779 Abschnitt 6 ausgeführt.
Im Ergebnis war das Ladegeräusch um 15-20 dB geringer als bei herkömmlichen festen Einrichtungen. Wenn sie in eine Bilderzeugungsvorrichtung eingesetzt wurde, wurde festgestellt, daß die Kontakt-Ladeeinrichtung die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 1 in einheitlicher Weise ohne schlecht aufgeladene Abschnitte aufladen konnte und deshalb gute Bilder erzeugt werden konnten.
Die leitfähige elastische Schicht 2d muß nicht unbedingt elektrisch leitend sein. Es ist notwendig, daß die elektrische Verbindung zwischen dem leitfähigen Metallkern und der Ladeschicht 2c hergestellt wird. Sie kann aus einem isolierenden Material bestehen, wenn die Vorspannung von außen an die Ladeschicht 2c angelegt werden kann.
Mit Bezug auf Fig. 5 und 6 wird ein Ladeelement gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Laderolle 2 gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist eine leitfähige elastische Schicht 2d in Form einer Rolle, einen Metallflansch 2e mit einer Welle, die auf einstückige Weise an jeder der Längs-Endabschnittsflächen der elastischen Schicht 2d befestigt ist, eine Ladeschicht 2c in Form einer Röhre auf, die ohne Verbindung lose an der Umfangsfläche der elektrisch leitfähigen elastischen Schicht-Rolle 2d befestigt ist, die den Metallflansch 2e aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die elastische Schicht 2d aus geschäumten Material, und mit einem Bezugszeichen 2d' sind Poren des geschäumten Materials bezeichnet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Halteteil durch die elastische Schicht-Rolle 2d mit dem Metallflansch 2e gebildet, und die Ladeschicht-Röhre 2c ist das Ladeteil. Folglich ist der Innendurchmesser des Ladeteils größer als der Außendurchmesser des Halteteils.
Die Merkmale der Laderolle 2 sind bei diesem Ausführungsbeispiel wie folgt:
Leitende elastische Schicht 2d: geschäumtes Styrolmaterial in welches Kohlenstoff gemischt ist und in welchem dieser fein verteilt ist, äußerer Durchmesser 14 mm, Länge 310 mm, spezifischer Volumenwiderstand 105 Ohm. cm,
Ladeschicht 2c: Schicht aus leitfähigem EPDM-Gummi, in welchen Kohlenstoff gemischt ist und in welchem dieser verteilt ist; spezifischer Volumenwiderstand 10&sup5; Ohm. cm; Schichtdicke 80 Mikron.
Die Laderolle 2 wird mittels nicht gezeigter Lager an Wellenabschnitten der Flansche 2egehalten und wird mit Hilfe einer Feder 23 an die lichtempfindliche Trommel 1 gedrückt, so daß sie unter einem Gesamtdruck von 1400 g in Druckkontakt mit dem lichtempfindlichen Element gebracht wird.
Die Ladeschicht 2c in Form einer Röhre ist mittels der Feder 23 in den zwischen der Laderolle 2 und der lichtempfindlichen Trommel 1 ausgebildeten Spalt zwischen die elastische Schicht 2d und die lichtempfindliche Trommel 1 eingelegt, so daß diese in engem Kontakt gehalten werden. Die Laderolle 2 einschließlich der Ladeschicht-Röhre 2c werden durch die lichtempfindliche Trommel 1 angetrieben.
Der Laderolle 2 wird von der Spannungsquelle 4 aus ähnlich wie im Ausführungsbeispiel 1 über die Druckfeder 23 und den Metallflansch 2e eine oszillierende Spannung (Vac + Vdc) angelegt. Die angelegte Vorspannung wird der Ladeschicht 2c in elektrischer Verbindung mit der elastischen Schicht 2d und dem Metallflansch 2e zugeführt, so daß die Oberfläche der sich drehenden lichtempfindlichen Trommel 1 mittels des Wechselspannungsanlegungs-Kontaktprozesses in einheitlicher Weise auf die Solltemperatur aufgeladen wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Ladeschicht 2c (das Ladeteil) ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel wegen des gleichen Mechanismus aufgrund der Wechselspannungskomponente der angelegten oszillierenden Spannung in Schwingung versetzt, wie in Fig. 5 mit Hilfe der durchgezogenen Linie und der strichpunktierten Linie gezeigt ist. Jedoch ist die Ladeschicht 2c nicht mit der elastischen Schicht 2d (dem Halteteil) verbunden und ist somit unabhängig, so daß nur die Ladeschicht 2c schwingt. Die leitende elastische Schicht 2d mit dem Flansch 2e (dem Halteteil) schwingt im wesentlichen nicht, wodurch der Abstand H&sub1; zwischen dem Wellenabschnitt des Flanschs 2e und der Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 1 im wesentlichen konstant gehalten wird.
Anders ausgedrückt, die den Flansch 2e (das Halteteil) aufweisende elastische Schicht 2d schwingt im wesentlichen nicht, und die Schwingungsbewegung tritt nur in der Ladeschicht 2c auf, welche ein leichtes Ladeteil ist. Deshalb wird die durch die Laderolle 2 (das Ladeelement) auf die lichtempfindliche Trommel (das aufzuladende Element) einwirkende Energie (Masse) reduziert, so daß das erzeugte Ladegeräusch auf ein solches Maß reduziert wird, daß es kein Problem darstellt.
Die Kontakt-Ladeeinrichtung wurde in einer schalltoten Kammer angeordnet, und das Ladegeräusch wurde gemessen. Im Ergebnis war das Ladegeräusch um 15-20 dB geringer als bei einer herkömmlichen festen Einrichtung.
Die Laderolle 2 gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat keinen die gesamte Länge der Rolle durchtretenden schweren Metall kern 2a wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, und deshalb ist das Gesamtgewicht der Laderolle gering. Dies ist wirkungsvoll, um die Kosten zu reduzieren und außerdem wirkungsvoll, um das Schmelzen des Toners zu unterdrücken. Wenn sie in eine Bilderzeugungsvorrichtung eingesetzt wurde, zeigte sich, daß die Kontakt-Ladeeinrichtung die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 1 in einheitlicher Weise ohne einen schlecht aufgeladenen Abschnitt aufladen konnte und deshalb gute Bilder erzeugt werden konnten.
Bezüglich Fig. 7 und 8 wird ein viertes Ausführungsbeispiel des Ladeelements beschrieben. Dieses Ladeelement ist eine Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Laderolle 2 auf dem äußeren Umfang der Ladeschicht 2c mit einer Hochwiderstandsschicht 2f versehen, wobei die Hochwiderstandsschicht 2f aus Epichlorhydrinkautschuk, Papier oder dergleichen gefertigt ist, das einen spezifischen Volumenwiderstand hat, der höher als der der Ladeschicht 2c ist.
Die Hochwiderstandsschicht 2f ist bei diesem Ausführungsbeispiel aus Epichlorhydrinkautschuk gefertigt, das eine Schichtdicke von 80 Mikron und einen spezifischen Volumenwiderstand von 10¹&sup0; Ohm. cm hat.
Die Hochwiderstandsschicht 2f dient dazu, eine anormale Entladung durch den mittels des nadelfeinen Lochs oder dergleichen konzentrierten Leckstrom zu verhindern, wenn die Laderolle mit einem Defekt wie zum Beispiel einem nadelfeinen Loch oder dergleichen auf der lichtempfindlichen Trommel in Kontakt gebracht wird, die eine niedrige dauerhafte Spannung hat. Die Laderolle gemäß diesem Ausführungsbeispiel erzeugt wie im ersten Ausführungsbeispiel ein geringes Ladegeräusch. Zusätzlich läuft der Ladevorgang in geeigneter Weise ab, selbst wenn die lichtempfindliche Trommel 1 mit einem nadelfeinen Loch oder einem anderen Defekt versehen ist.
Die Außenfläche der Hochwiderstandsschicht 2f kann mit einer Versickerungs-verhindernden Schicht (wie zum Beispiel Nylon oder Toresin) beschichtet sein, um zu verhindern, daß der Weichmacher aus der Laderolle sickert. Der Nicht-Kontakt-Abschnitt ist nicht auf den Abschnitt zwischen dem Metallkern 2a und der geschäumten Schicht 2b eingeschränkt, sondern er kann zwischen der geschäumten Schicht 2b und der Ladeschicht 2c oder zwischen der Ladeschicht 2c und der Hochwiderstandsschicht 2f ausgebildet sein.
Mit Bezug auf Fig. 9 wird ein Ladeelement gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat das Kontakt- Ladeelement die Form einer Klinge (Ladeklinge). Fig. 9 ist eine Schnittansicht der Ladeeinrichtung unter Nutzung der Ladeklinge 2A. Die Ladeeinrichtung unter Nutzung der Ladeklinge 2A ist im Aufbau einfacher als die Laderolle.
Die Ladeklinge 2A weist eine elastische geschäumte Schicht 2b in Form einer Klinge, die aus einem geschäumten Material wie zum Beispiel einem Polystyrol-, Polyolefin- oder Polyestermaterial oder EPDM oder Urethanmaterial gefertigt ist, in welchem ein leitfähiges Pulver wie zum Beispiel Kohlenstoff oder Zinnoxid oder dergleichen fein verteilt ist, eine Ladeschicht 2c, welche die elastische geschäumte Schicht lose abdeckt, wobei nur die Kante mit der elastischen geschäumten Schicht 2b verbunden ist, und eine Elektrodenplatine 2h auf, die mittels elektrisch leitfähigem Verbindungsmaterial 2g gehalten wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Halteteil durch die elastische geschäumte Schicht 2b und die Elektrodenplatine 2h gebildet, und die Ladeschicht 2c bildet das Ladeteil. Die Kante der Ladeklinge 2a ist entgegen der Steifheit der Klinge unter einem geeigneten Druck mit der Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 1 in Druckkontakt gebracht, und die Elektrodenplatine 2g ist an einem feststehenden Element 30 befestigt. Die Ladeklinge 2A ist auf diese Weise befestigt.
An die Ladeklinge 2A wird eine oszillierende Spannung (Vac + Vdc) aus der Spannungsquelle 4 über die Elektrodenplatine 2g angelegt, und die Oberfläche der sich drehenden lichtempfindlichen Trommel 1 wird mittels des Wechselspannungs- Kontaktprozesses auf einheitliche Weise aufgeladen.
Die Ladeklinge 2A gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel wegen des vorhergehend beschriebenen Mechanismus aufgrund der Wechselspannungskomponente der angelegten oszillierenden Spannung in Schwingung versetzt. Jedoch ist die Ladeschicht 2c nicht mit der elastischen Schicht 2b verbunden sondern ist unabhängig von dieser und dem mit dieser einstückigen Teil, und deshalb schwingt nur die Ladeschicht 2c, aber die elastische geschäumte Schicht 2b und die Elektrodenplatine 2h (das Halteteil) schwingen im wesentlichen nicht, und deshalb befindet sich das erzeugte Ladegeräusch auf einem niedrigen Pegel.
Bei diesem Ausführungsbeispiel war das unter Ausnutzung der folgenden Merkmale erzeugte Ladegeräusch um 10-15 dB geringer als bei einer herkömmlichen festen Laderolle (die angelegte oszillierende Spannung ist ähnlich der im ersten Ausführungsbeispiel):
elastische geschäumte Schicht 2b: geschäumtes EPDM- Material, in welchem leitfähiges Pulver fein verteilt ist, Breite 10 mm, Länge 310 mm, Dicke 3 mm,
Ladeschicht 2c: leitfähige Schicht aus EPDM-Kautschuk, in welchen Kohlenstoff gemischt ist und fein in diesem verteilt ist, spezifischer Volumenwiderstand 10¹&sup0; Ohm. cm, Schichtdicke 80 Mikron,
freie Länge der Ladeklinge 2A: 0,5 mm,
Gesamtdruck auf die lichtempfindliche Trommel 1 : 700 g Somit kann auch bei der Ladeklinge 2A das Ladegeräusch reduziert werden. Die Ladeklinge ist vorteilhaft derart, daß der Druck der Ladeklinge 2A auf die lichtempfindliche Trommel unter Ausnutzung der Steifigkeit des Klingenmaterials gesteuert werden kann. Fig. 10 zeigt ein Beispiel einer Prozeßkassette, in welche das Ladeelement eingebaut ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel gehört die Prozeßkassette zu einer Bilderzeugungsvorrichtung, bei welcher das Kontakt- Ladeelement dazu dient, ein Bild-tragendes Element der Bilderzeugungsvorrichtung aufzuladen.
Die Prozeßkassette gemäß diesem Ausführungsbeispiel enthält eine elektrofotografische lichtempfindliche Trommel 1 (ein Bild-tragendes Element), eine Laderolle 2 (ein Ladeelement), eine Entwicklungseinrichtung 60 und eine Reinigungseinrichtung 90 (vier Prozeßeinrichtungen). Die Prozeßkassette kann zumindest das Bild-tragende Element und das Ladeelement enthalten.
Die Laderolle hat einen Aufbau, wie er in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen 1, 2, 3 oder 4 beschrieben wurde.
Die Entwicklungseinrichtung 60 enthält eine Entwicklungswalze 6, einen Behälter 61 für Entwickler (Toner) T. Der Rührstab dient dazu, den Toner T umzurühren und den Toner in Richtung auf die Entwicklungswalze zuzuführen. Sie weist außerdem eine Entwicklungsklinge 63 auf, die dazu dient, den Toner T mit einer einheitlichen Dicke auf die Entwicklungswalze 6 aufzutragen.
Die Reinigungseinrichtung 90 weist eine Reinigungsklinge 9 und einen Tonerbehälter 91 auf, der den mittels der Reinigungsklinge 9 entfernten Toner enthält.
Die Prozeßkassette ist mit einer Trommelverschlußkappe 11 versehen, welche aus einer mit der durchgezogenen Linie bezeichneten geschlossenen Position in eine mit der strich punktierten Linie bezeichnete offene Position und umgekehrt bewegbar ist. Wenn die Prozeßkassette aus der Bilderzeugungsvorrichtungs-Hauptbaugruppe (nicht gezeigt) herausgenommen wird, befindet sich die Trommelverschlußkappe in der geschlossenen Position, um die lichtempfindliche Trommel 1 zu Schutz der Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel abzudecken, welche andernfalls belichtet wird.
Wenn die Prozeßkassette in der Hauptbaugruppe der Bilderzeugungsvorrichtung zu befestigen ist, wird die Verschlußkappe 11 geöffnet (mit strickpunktierter Linie gezeichnete Position) und die Verschlußkappe 11 wird beim Vorgang der Befestigung der Prozeßkassette automatisch geöffnet. Wenn die Prozeßkassette in ihrer Stellung befestigt ist, gelangt der belichtete Teil der Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 1 in Druckkontakt mit einer Übertragungsrolle 8 in der Hauptbaugruppe der Bilderzeugungsvorrichtung.
Die Prozeßkassette und die Hauptbaugruppe der Bilderzeugungsvorrichtung werden mechanisch und elektrisch miteinander gekoppelt, und es ist möglich, daß ein Antriebsmechanismus in der Hauptbaugruppe der Bilderzeugungsvorrichtung die lichtempfindliche Trommel 1, die Entwicklungswalze 6 und den Rührstab 62 oder dergleichen in der Prozeßkassette antreibt. Die elektrische Schaltung in der Hauptbaugruppe ist dazu geeignet, in der Prozeßkassette der Laderolle 2 eine Lade-Vorspannung und der Entwicklungswalze 6 die Entwicklungs-Vorspannung anzulegen, wodurch der Bilderzeugungsvorgang ermöglicht wird.
In der Prozeßkassette ist zwischen der Reinigungseinrichtung 90 und die Entwicklungseinrichtung 60 ein Belichtungsschlitz 12 ausgebildet. Durch den Schlitz hindurch wird ein Laserstrahl 5 aus einem nicht gezeigten Laserscanner in der Hauptbaugruppe der Bilderzeugungsvorrichtung in die Prozeßkassette, insbesondere auf die sich drehende Fläche der lichtempfindlichen Trommel gerichtet, wodurch die lichtempfindliche Trommel bestrahlt wird.
Da die Laderolle 2, selbst wenn die oszillierende Spannung angelegt wird, kaum ein Ladegeräusch erzeugt, kann ein sehr kompakte Prozeßkassette geschaffen werden, die im wesentlichen ohne das Ladegeräusch arbeitet.
Eine zu bevorzugende Dicke des Ladeteils des Ladeelements beim ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 1 und 2) wird beschrieben.
Gemäß Fig. 2 ist die Dicke des mit der lichtempfindlichen Trommel 1 in Kontakt befindlichen Ladeteils t und ist der Abstand zwischen der Oberfläche der mit dem Metallkern 2a einstückigen elastischen Schicht 2b (der Oberfläche des Halteteils) und der Rotationsachse des Ladeelements d. Fig. 13 zeigt eine Relation zwischen dem Ladegeräusch und der ungeeigneten Aufladung mit dem Parameter des Dickenverhältnisses d/t. In dieser Figur repräsentiert die Abszisse das Dickenverhältnis d/t und die linke Ordinate repräsentiert das Ladegeräusch, und die rechte Ordinate repräsentiert den Grad der ungeeigneten Aufladung. Die Rangzahl 1 bedeutet den besten und die Rangzahl 4 bedeutet den schlechtesten Grad der ungeeigneten Aufladung. Die Rangzahl 1 bedeutet, daß nicht mehr als 5 schwarze Punkte erscheinen, die einen Durchmesser von nicht mehr als 0,5 mm haben, wenn ein Bild mit A4-Größe auf dem Übertragungsmaterial ausgebildet wird. Die Rangzahl 2 bedeutet, daß es mehr als 5 und nicht mehr als zehn derartige Punkte gibt; die Rangzahl 3 bedeutet mehr als zehn und nicht mehr als fünfzehn Punkte und die Rangzahl 4 bedeutet mehr als 15 Punkte. Das Ladegeräusch wurde gemäß ISO 7779, Abschnitt 6 gemessen. Im Ergebnis betrug das Ladegeräusch 42 dB, wenn d 5,3 mm ist und t 0,080 mm ist (d/t ist 66,3). Die anderen Bedingungen sind wie folgt:
Frequenz der Primärladespannung f = 400 Hz,
Spitze-Spitze-Spannung der Primärladespannung = 2,0 kV,
Asker-C-Härte K der Laderolle = 45 Grad,
Porosität VH/VT (diese wird im folgenden beschrieben) = 0,42
Wenn das Dickenverhältnis d/t unter diesen Bedingungen weiter geändert wird, überschreitet das Ladegeräusch 50 dB, wenn das Dickenverhältnis nicht größer als 2 ist. Dies stellt in der Praxis kein Problem dar, aber es ist etwas laut. Wenn das Dickenverhältnis d/t größer als 10 ist, wird das Ladegeräusch niedriger als 47 dB, was kein Problem ist. Wenn das Dickenverhältnis d/t innerhalb von 20-500 ist, ist die Dicke der Ladeschicht 2c gering, und deshalb wird sie zu leicht in Schwingungen versetzt, wenn eine Wechselvorspannung angelegt wird, so daß der Abstand zwischen der Laderolle und der lichtempfindlichen Trommel nicht konstant gehalten wird. Der Ladepegel ist in diesem Fall nicht zufriedenstellend und die Rangzahl der ungeeigneten Aufladung ist 2. In der Praxis stellt dieser Pegel kein Problem dar, aber wenn das Dickenverhältnis d/t 500 überschreitet, wird die Rangzahl der ungeeigneten Aufladung 3, was ein Problem ist. Somit liegt der zu bevorzugende Bereich des Dickenverhältnisses d/t, vom Standpunkt des Ladegeräuschs und der ungeeigneten Aufladung aus betrachtet, bei
2 < d/t < 500,
und insbesondere bei 10 < d/t < 200.
Als nächstes wird die zu bevorzugende Porosität des Ladeelements beschrieben. Gemäß Fig. 14A ist VH&sub1; ein Volumen eines Spalts zwischen der geschäumten Schicht 2b und der Ladeschicht 2c, und VH2 ist das Gesamtvolumen des Hohlraums in der geschäumten Schicht 2b. Somit ergibt sich der Gesamthohlraum in dem Ladeelement wie folgt
VH = VH1 + VH2.
Gemäß Fig. 14B ist L eine Länge des Ladeteils der Laderolle, und D ist ein Durchmesser. Wenn das Ladeteil der Laderolle ein Volumen VT hat, gilt
VT = π(1/2 · D)² · L.
Wenn ferner die Porosität als VH/VT definiert ist, wird die Porosität wie folgt ausgedrückt:
VH/VT = (VH1 + VH2)/[π(1/2 · D)² · L].
Das Ladegeräusch wurde mit geänderter Porosität VH/VT gemessen. Das gemessene Ladegeräusch ist in Fig. 15 gezeigt. In dieser Figur repräsentiert die Ordinate das Ladegeräusch, und die Abszisse repräsentiert die Porosität VH/VT. Die Messung des Geräuschs erfolgte nach ISO 7779, Abschnitt 6. Die anderen Bedingungen waren wie folgt:
Frequenz der Primärladespannung f = 400 Hz,
Spitze-Spitze-Spannung der Primärspannung = 2,0 kV,
Asker-C-Härte K der Laderolle = 45 Grad,
Dickenverhältnis d/t = 66,3.
Wenn im Ergebnis die Porosität nicht größer als 0,3 ist, überschreitet das Ladegeräusch 50 dB. Dies stellt in der Praxis kein Problem dar, aber es ist etwas laut. Wenn die Porosität VH/VT größer als 0,4 ist, ist das Ladegeräusch geringer als 47 dB, was kein Problem darstellt. Somit erfüllt die Porosität VH/VT vom Standpunkt des Ladegeräuschs die folgende Bedingung
VH/VT > 0,3,
oder vorzugsweise VH/VT > 0,4.
Nun wird die Beschreibung hinsichtlich des zu bevorzugenden Bereichs der Frequenz der an das Ladeelement angelegten oszillierenden Spannung fortgesetzt.
Fig. 16 ist eine grafische Darstellung des Ladegeräuschs im Vergleich mit der herkömmlichen festen Laderolle, wenn die Frequenz f der Primärspannungsquelle geändert wird. Die Messung wurde nach ISO 7779, Abschnitt 6 vorgenommen. Die anderen Bedingungen lagen wie folgt vor:
Spitze-Spitze-Spannung der Primärspannungsquelle = 2,0 kV,
Asker-C-Härte K der Laderolle = 45 Grad,
Dickenverhältnis d/t = 66,3
Porosität VH/VT = 0,42.
Die Frequenz f der Primärspannungsquelle wurde unter den folgenden Bedingungen geändert. Wenn die Frequenz f nicht weniger als 1500 Hz und nicht mehr als 500 Hz beträgt, überschreitet das Ladegeräusch 50 dB. Dies stellt in der Praxis kein Problem dar, ist aber etwas laut. Wenn die Frequenz f kleiner als 100 Hz oder größer als 2500 Hz ist, ist das Ladegeräusch bei diesem Ausführungsbeispiel geringer als 47 dB, während es bei dem herkömmlichen Beispiel im schlechtesten Fall 60 dB überschreitet. Der Ladegeräuschpegel dieses Ausführungsbeispiel ist kein Problem. Deshalb liegt der zu bevorzugende Bereich der Primärspannungsquellen-Frequenz f, vom Standpunkt des Ladegeräuschs aus betrachtet, wie folgt bei
f < 1500 Hz, oder f > 2000 Hz, vorzugsweise bei f < 1000 Hz oder f > 2500 Hz.
Es wird ein zu bevorzugender Bereich der Härte der Laderolle beschrieben. Fig. 17 ist eine grafische Darstellung des Ladegeräuschs, wenn die Härte der Laderolle 2 geändert wird. Das Ladegeräusch wurde gemäß ISO 7779, Abschnitt 6 gemessen. Fig. 18 zeigt das Verfahren der Messung der Härte der Laderolle. Gemäß Figur hält ein Auflagetisch 14 den Metallkern 2-3 der Laderolle 2. Mit einem Bezugszeichen 15 ist eine Härtemeßeinrichtung bezeichnet. Wie in der Figur gezeigt ist, werden immer 300 g aufgebracht, während die Härte der Laderolle 2 gemessen wird. Die anderen Bedingungen lagen wie folgt vor:
die Frequenz der Primärspannung f = 400 Hz
Spitze-Spitze-Spannung der Primärspannung = 2,0 kV,
Dickenverhältnis d/t = 66,3
Porosität VH/VT = 0,42.
Unter diesen Bedingungen wurde die Asker-C-Härte K der Laderolle 2 geändert. Wenn die Härte 70 Grad überschreitet, überschreitet das Ladegeräusch 50 dB. Dies ist in der Praxis kein Problem, aber es ist etwas laut. Wenn die Härte geringer als 3 Grad ist, wird die Oberfläche der Laderolle 2 geknittert, wobei ein geringfügiger Grad einer ungeeigneten Aufladung auftritt, was aber in der Praxis kein Problem darstellt. Wenn die Asker-C-Härte K nicht größer als 60 Grad ist, ist das Ladegeräusch 47 dB, was kein Problem darstellt. Wenn die Härte größer als 5 Grad ist, wird die Oberfläche der Laderolle 2 überhaupt nicht geknittert und es tritt keine ungeeignete Aufladung auf. Deshalb ist der zu bevorzugende Bereich der Asker-C-Härte K der Laderolle 2, vom Standpunkt der Beziehung zwischen dem Ladegeräusch und der ungeeigneten Aufladung aus betrachtet, wie folgt anzunehmen:
3 Grad < K < 70 Grad,
bzw. vorzugsweise 5 Grad < K < 60 Grad.
Die vorhergehend beschriebene Dicke des mit dem aufzuladenden Element in Kontakt gebrachten Ladeteils, die Porosität des Ladeelements, die Frequenz der oszillierenden Spannung und die Härte des Ladeelements werden im wesentlichen bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 3-9 angewandt.
Wie zum Beispiel in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, wird die Laderolle durch Andrücken der entgegengesetzten Endabschnitte des Metallkerns 2a mittels einer Feder 23 in Druckkontakt gebracht. Wenn deren Federkraft gering ist, wird zwischen der Laderolle 2 und der lichtempfindlichen Trommel 1 ein Spalt ausgebildet, wenn Fremdstoffe zwischen diese gelangen. Wenn dies passiert, kann eine Fehlstelle in der Aufladung auftreten. Wenn die Federkraft zu groß ist, wird die Laderolle 2 an den entgegengesetzten Endabschnitten stark mit Druck beaufschlagt, mit dem Ergebnis, daß der mittlere Abschnitt der Laderolle 2 von der Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 1 beabstandet ist und deshalb die Fehlstelle in der Aufladung in der Mitte auftritt.
Um dies zu verhindern, ist es zu bevorzugen, daß die Laderolle mit einem hohen Druck an die lichtempfindliche Trommel gedrückt wird, und daß der Spalt zwischen der Laderolle und der lichtempfindlichen Trommel entlang von deren Länge einheitlich ist. Um dies zu gewährleisten, ist die Laderolle ballig ausgebildet, wobei der Durchmesser der Laderolle von jedem der entgegengesetzten längsseitigen Endabschnitte aus in Richtung auf deren längsseitigen mittleren Abschnitt zunimmt.
Die ballig ausgebildete Laderolle wird beschrieben. Gemäß Fig. 19 ist der Metallkern 2a aus Stahl, rostfreiem Stahl oder dergleichen zu einer ballig ausgebildeten Form bearbeitet worden, und wird unter Druck in eine geschäumte Schicht 2b in Form eines Kubus gefügt. Dann wird er in die Ladeschicht 2c in Form einer Röhre eingeschoben, so daß eine Rolle in balliger Bauform geschaffen wird.
Wenn die Rolle mit balliger Form benutzt wird, gerät der mittlere Abschnitt, selbst wenn der auf die Endabschnitte der Rolle aufgebrachte Druck erhöht wird, nicht in Abstand zu dem aufzuladenden Element, und außerdem gerät die Rolle nicht in Abstand zu dem aufzuladenden Element, selbst wenn Toner, Papierstaub oder dergleichen in den Spalt eintritt. Wenn anstelle des geschäumten Materials 2b ein thermoplastisches Elastomermaterial oder Kautschuk verwendet wird, kann die Vulkanisierung, der Ausschäumungsprozeß weggelassen werden.
Anstelle der Verwendung des ballig ausgebildeten Metallkerns 2a ist ein gerader Metallkern 2a nutzbar (der in Längsrichtung den gleichen Durchmesser hat). Nachdem der Metallkern 2a mit der geschäumten Schicht 2b bedeckt worden ist, wird in diesem Fall die geschäumte Schicht 2b zu einer ballig ausgebildeten Form abgeschliffen.
Anstelle des Metallkerns aus Stahl oder rostfreiem Stahl (Halteelement) gemäß Fig. 19 ist eine geformte leitfähige Welle nutzbar. Diese ist für die Massenproduktion geeignet, und der Abschleifungsvorgang (in die ballige Form) kann weggelassen werden. Außerdem hat diese im Vergleich mit dem Metallkern unter Nutzung des Metallmaterials ein leichtes Gewicht.
Außerdem kann auf der Ladeschicht 2c gemäß Fig. 19 eine n-Methoxymethyl-Nylon-, Polyurethan- oder eine andere Hochwiderstandsschicht 2f vorgesehen sein, welche einen größeren spezifischen Volumenwiderstand als die Ladeschicht 2c hat. Durch eine derartige Beschichtung mit der Harzschicht wird die Glattheit der Oberfläche verbessert was zum Ergebnis der einfachen Reinigung der Laderollenoberfläche führt. Als ein Reinigungsverfahren kann die Rollenoberfläche in leichten Kontakt mit einem Schaumstoffmaterial gebracht werden, oder eine Reinigungsrolle kann in Kontakt gebracht und gedreht werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Rolle ballig ausgebildet. Nachdem die Schaumstoffschicht mit einer elektrisch leitfähigen Röhre beschichtet worden ist, wird sie in eine Harzflüssigkeit getaucht und getrocknet, so daß sie auf einfache Weise mit einer Harzschicht beschichtet wird. Die Harzschicht auf der Oberflächenschicht der ballig ausgebildeten Rolle kann auf einfache Weise hergestellt werden, wenn eine mittels Wärme zu schrumpfende Röhre genutzt wird.
Außerdem können der Metallkern und die geschäumte Schicht die Form eines geraden Zylinders haben, wobei in diesem Fall die Ladeschichtröhre ballig ausgebildet ist. Das in Fig. 3-6 gezeigte Ladeelement kann ballig ausgebildet sein. Bei einer speziellen balligen Bauform ist der Außendurchmesser des mittleren Abschnitts des Ladeelements um 2% größer als die entgegengesetzten längsseitigen Endabschnitte des Ladeelements. Da bei dem vorhergehend gezeigten Ladeelement das Ladeteil und das Halteteil getrennt sind, gibt es ein Problem derart, daß, wenn das Ladeelement mittels des Bild-tragenden Elements angetrieben wird, nur das Oberflächenelement von der Ausgangsposition zur Außenseite der Bildfläche abweicht, was in einer ungeeigneten Auf ladung resultiert.
In Hinsicht auf diese Tatsache ist bei diesem Ausführungsbeispiel an einem Endabschnitt des Metallkerns (des Halteelements für das Ladeelement) ein Element zur Verhinderung der Positionsabweichung in Längsrichtung der Oberflächenschicht vorgesehen.
Fig. 20A ist eine schematische Ansicht der Umgebung des Ladeelements, und Fig. 20B und 21 sind Vorderansichten des Endabschnitts des Ladeelements. Der Endabschnitt des Metallkerns 2a wird von einem Lager 25 gehalten. Das Verhinderungselement 26 dient zur Verhinderung der Längs-Positionsabweichung des Oberflächenelements 2c. Wie in Fig. 20B gezeigt ist, ist es mit dem Metallkern 2a an jedem der längsseitigen Endabschnitte des Ladeelements einstückig ausgebildet. Gemäß Fig. 20A ist es größer als der maximale Abstand L1 zwischen dem Metallkern und der Innenseite des Oberflächenelements 2c und ist es kleiner als ein Abstand L2 zwischen dem Metallkern und dem Bild-tragenden Element. Im Fall von L1 > L2, wie er in Fig. 21 gezeigt ist, kann der Außendurchmesser des Bild-tragenden Elements, an welchem das Verhinderungselement 26 mit dem Bild-tragenden Element in Kontakt gebracht ist, reduziert werden, vorausgesetzt daß r > L1 erfüllt ist, wobei r ein Radius des Verhinderungselements 26 ist. Hier dreht sich das Verhinderungselement 26 im wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Oberflächenelement 2c und deshalb tritt zwischen dem Verhinderungselement 26 und dem Oberflächenelement kein Gleitvorgang auf, so daß die Beschädigung der Endabschnitte des Oberflächenelements vermieden werden kann.
Das Verhinderungselement 26 dient dazu, zu verhindern, daß das Oberflächenschichtelement 2c seitlich in Längsrichtung verschoben wird, wenn es mit Hilfe des Bild-tragenden Elements angetrieben wird. Wenn das Ladeelement 2 nur in eine Längsrichtung verschoben wird, kann das Verhinderungselement 26 auf nur einer Seite des Ladeelements 2 vorgesehen sein.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Abweichung des Oberflächenelements 2c in Längsrichtung vermieden werden, so daß eine ungeeignete Aufladung verhindert werden kann.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Ladeelements wird beschrieben. Fig. 22A ist eine Schnittansicht der Umgebung des Ladeelements, und Fig. 22B ist eine perspektivische Ansicht einer Umgebung eines Endabschnitts des Ladeelements. Das Element zur Verhinderung der Längspositionsabweichung des Oberflächenelements 2c ist, wie in Fig. 22B gezeigt ist, an jedem der entgegengesetzten längsseitigen Endabschnitte des Ladeelements angeordnet. Es hat die Form eines drehbaren Elements, das einen abgestuften Abschnitt hat und mit dem Metallkern 2a des Ladeelements einstückig ist. Es ist mit einem zusätzlichen Element 27 in der Form eines Rings versehen, der im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie das Oberflächenelement hat, so daß die Abweichung des Oberflächenelements 2c in eine der Längsrichtungen verhindert werden kann, wenn das Oberflächenelement 2c mittels des Bild-tragenden Elements angetrieben wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel dreht sich das zusätzliche Element 27 mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Oberflächenelement 2c, und deshalb wird der Endabschnitt der Oberflächenelements nicht beschädigt. Es ist nicht notwendig, den Durch messer eines Teils des Bild-tragenden Elements ungeachtet von L1 und L2 zu ändern, wie in Fig. 21 gemäß dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel dargestellt ist, und außerdem ist es möglich, die Positionsabweichung in beide Längsrichtungen zu verhindern, wenn das Oberflächenelement 2c mittels der Drehung des Bild-tragenden Elements angetrieben wird. Wenn die Richtung der Längsabweichung auf nur eine Richtung begrenzt ist, kann das Verhinderungselement 26 an nur einem Längs-Endabschnitt des Ladeelements 2 vorgesehen sein.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Längs-Positionsabweichung des Oberflächenelements 2c auf wirksame Weise verhindert werden, wodurch die ungeeignete Aufladung verhindert werden kann.
Mit Bezug auf Fig. 23A, welche eine Schnittansicht der Umgebung des Ladeelements und eine Vorderansicht der Umgebung eines Endabschnitts des Ladeelements ist, wird noch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Ladeelements beschrieben.
Das Verhinderungselement 28 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist einstückig mit dem Metallkern 2a ausgebildet und ist an jedem der längsseitigen Endabschnitte des Ladeelements 2 vorgesehen, wie in Fig. 23 gezeigt ist. Wie aus Fig. 23A verständlich wird, hat es die Form eines Schaufelrads. Die Länge der Klinge des Schaufelrads ist größer als ein Radius des Oberflächenelements 2c, und deshalb dient es dazu, die Längsverschiebungsbewegung des Oberflächenelements 2c zu verhindern, aber da es aus einem elastischen Material gefertigt ist, ist die Drehung gleichmäßig, selbst wenn es mit dem Bild-tragenden Element in Kontakt ist.
Wenn die Richtung der Längsabweichung des Ladeelements 2 auf nur eine Richtung begrenzt ist, kann das Verhinderungselement 28 an nur einem Längs-Endabschnitt des Ladeelements 2 vorgesehen sein.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Abweichung des Oberflächenelements 2c in Längsrichtung verhindert werden, und dadurch kann die ungeeignete Aufladung verhindert werden.
Mit Bezug auf Fig. 24A und 24B wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Ladeeinrichtung beschrieben.
Das Verhinderungselement 29 für das Oberflächenelement 2c ist bei diesem Ausführungsbeispiel an jedem der längsseitigen Endabschnitte des Ladeelements 2 vorgesehen, wie in Fig. 24B gezeigt ist, und dient dazu zu verhindern, daß das Oberflächenelement 2c in eine der Längsrichtungen verschoben wird, wenn es mit Hilfe des Bild-tragenden Elements angetrieben wird. Wenn die Längs-Abweichungsrichtung des Ladeelements 2 auf eine Richtung begrenzt ist, kann es an nur einem Endabschnitt vorgesehen sein. Wie in Fig. 24A gezeigt ist, ist die Größe des Verhinderungselements 29 derart, daß sie den radialen Querschnitt des Oberflächenelements 2c abdeckt, aber das Verhinderungselement deckt es angrenzend der Position nicht ab, in welcher es mit dem Bild-tragenden Element 1 in Kontakt gebracht ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat das Oberflächenelement 2c einen Durchmesser von 12 mm, und das Verhinderungselement 29 ist aus einer Platte aus modifiziertem Polyphenylenoxidharz gefertigt, die eine Größe von 15 · 15 · 2 mm hat. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Abweichung des Oberflächenelements 2c in Längsrichtung verhindert werden, so daß die ungeeignete Aufladung vermieden werden kann.
Mit Bezug auf Fig. 25A und 25B wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Element 29 zur Verhinderung der Längs-Positionsabweichung des Oberflächenelements 2c gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist an jedem der längsseitigen Endabschnitte des Ladeelements 2 vorgesehen, wie in Fig. 25B gezeigt ist. Es dient dazu zu verhindern, daß sich das Oberflächenelement 2c in eine der Längsrichtungen bewegt, wenn es mit Hilfe des Bild-tragenden Elements angetrieben wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Verhinderungselement 29 mit einer teilweise gekrümmten Oberfläche versehen. Dadurch ist der gleichmäßige Kontakt in der Kontaktposition F mit dem Verhinderungselement 29 gesichert, selbst wenn sich das Oberflächenelement 2c dreht, während es mit dem Verhinderungselement 29 in Kontakt ist, und deshalb kann die Beschädigung des Endabschnitts des Oberflächenelements 2c verhindert werden. Wenn die Richtung der Längs-Abweichungsrichtung des Ladeelements 2 auf nur eine Richtung begrenzt ist, kann das Verhinderungselement 29 an nur einem Endabschnitt des Ladeelements 2 vorgesehen sein.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Abweichung des Oberflächenelements 2c in Längsrichtung verhindert werden, und außerdem kann die Beschädigung des Endabschnitts des Oberflächenelements 2c verhindert werden, so daß die ungeeignete Aufladung verhindert werden kann.
Noch ein weiteres Ausführungsbeispiel wird mit Bezug auf Fig. 26A und 26B beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Verhinderungselement 29 an jedem der Längs- Endabschnitte des Ladeelements vorgesehen, und die mit dem Verhinderungselement 29 des Oberflächenelements in Kontakt zu bringende Oberfläche hat eine große Anzahl von gekrümmten Flächen, durch welche die Gleitbewegung relativ zum Ladeelement 2 aufgrund der Drehung des Oberflächenelements 2c einen kleineren Kontaktbereich zur Folge hat und deshalb gleichmäßig ist. Es dient dazu, zu verhindern, daß die Oberflächenschicht 2c in eine der Längsrichtungen verschoben wird, wenn sie mit Hilfe des Bild-tragenden Elements angetrieben wird. Wenn die Längs-Abweichungsrichtung des Ladeelements 2 auf nur eine Richtung begrenzt ist, kann das Verhinderungselement 29 an nur einem Endabschnitt des Ladeelements 2 vorgesehen sein.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Längsabweichung des Oberflächenelements 2c verhindert werden und außerdem kann die Beschädigung des Endabschnitts des Oberflächenelements 2c verhindert werden, wodurch die ungeeignete Aufladung vermieden werden kann.
Wenn sich die Druckkräfte der Feder an einem Längs-Endabschnitt der Laderolle von denen am anderen Endabschnitt unterscheiden, kann bei den vorhergehend beschriebenen Ladeelementen zwischen dem Ladeteil und dem Halteteil eine Verdrehung auftreten. Gemäß Fig. 1 tritt die Verdrehung zum Beispiel zwischen der geschäumten Schicht 2b und der Ladeschicht 2c in der Form einer Röhre auf. Wenn dies auftritt, ist der einheitliche Kontakt zwischen der Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel und dem Ladeelement nicht gesichert, mit dem möglichen Ergebnis einer ungeeigneten Aufladung, wie sie in Fig. 27 gezeigt ist. Um dieses Problem zu lösen, können das Ladeelement und der Halteabschnitt teilweise verbunden sein. Ein solches Ausführungsbeispiel wird beschrieben.
In Fig. 28 ist eine Vorderansicht eines solchen Ladeelements gezeigt. Zwischen der Widerstandsschicht und der geschäumten Schicht befindet sich ein Spalt 2i. Nachdem der Metallkern 2a mit der geschäumten Schicht 2b in die Ladeschichtröhre 2c eingeschoben ist, werden diese am Endabschnitt mittels eines Verbindungsteils 2j befestigt. Wenn sich die Laderolle dreht, wird mit Hilfe dieser Bauform verhindert, daß die Ladeschicht 2c und die geschäumte Schicht 2b in Schubrichtung verschoben oder verdreht werden. Nachdem der Metallkern und die Widerstandsschicht nur an kleinen Abschnitten verbunden sind, sind diese im wesentlichen voneinander getrennt. Deshalb wird der Metallkern nicht mittels der Widerstandsschicht in Schwingung versetzt, und somit ist das Ladegeräusch gering.
Wie in Fig. 29 gezeigt ist, wird ein Verhältnis w zwischen einem Nicht-Kontakt-Bereich zu der Gesamtfläche, in welcher die Ladeschicht 2c und die weiche Schicht (wie zum Beispiel die geschäumte Schicht) 2b miteinander in Kontakt sind oder einander zugewandt sind, wie folgt ausgedrückt:
wobei
die Gesamtfläche ist, in welcher die Ladeschicht und die weiche Schicht miteinander verbunden sind,
eine Gesamtfläche ist, in welcher die Ladeschicht 2c und die weiche Schicht 2b nicht miteinander verbunden sind, und 1 ein Durchmesser der Laderolle ist.
Fig. 30 zeigt das gemessene Ladegeräusch, wenn das Flächenverhältnis w geändert wird. In der grafischen Darstellung repräsentiert die Ordinate das Ladegeräusch, und die Abszisse repräsentiert das Nicht-Kontaktflächen-Verhältnis w. Wie aus dieser Figur deutlich wird, fällt das Ladegeräusch, wenn das Flächenverhältnis w 0,2 überschreitet, unter 50 dB ab, was ein vernünftiges zulässiges Geräusch darstellt. Somit erfüllt das Nicht-Kontaktflächen-Verhältnis w vorzugsweise
w ≥ 0,2.
In Fig. 31A, 31B und 31C ist ein Ladeelement gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß Fig. 31A ist das Verbindungsteil 2j nur an einem Endabschnitt der Laderolle in Längsrichtung vorgesehen. Die Widerstandsschicht 2k besteht aus Epichlorhydrinkautschuk, der einen größeren spezifischen Volumenwiderstand als die Ladeschicht 2c hat. Die Position ist derart gewählt, daß sie sich stromaufwärts einer Position befindet, in welcher sich die Widerstandsschicht 2k in Schubrichtung bewegt. Gemäß der Figur neigt die Widerstandsschicht 2k dazu, sich gemäß Figur von rechts nach links zu bewegen. Fig. 31B zeigt ein Beispiel, in welchem das Verbindungsteil 2j angrenzend einer längsseitigen Mitte der Laderolle angeordnet ist. In diesem Fall wird die Bewegungsrichtung der Laderolle nicht berücksichtigt. Eine Schutzschicht 2 m aus N-Methoxymethyl-Nylon, in welchem Kohlenstoff verteilt ist, dient dazu, die Verunreinigung der lichtempfindlichen Trommel mit Öl oder dergleichen zu verhindern, welches aus der Widerstandsschicht 2k aussickert. Eine leitfähige Schicht 2c dient dazu, die einheitliche Aufladung zu sichern, selbst wenn die Poren 2b' in der geschäumten Schicht 2b so groß sind, daß die Bewegung der elektrischen Ladung zu der Widerstandsschicht 2k nicht gleichmäßig ist. Mit Hilfe dieser Bauform kann nicht nur die auf die Verschiebung der Widerstandsschicht 2k oder deren Verdrehung zurückzuführende ungeeignete Aufladung sondern auch die Verunreinigung der lichtempfindlichen Trommel durch die Laderolle vermieden werden. Zusätzlich kann der Herstellungsprozeß vereinfacht werden. Das Material der geschäumten Schicht 2b muß nicht unbedingt elektrisch leitfähig sein. Es kann ein isolierendes Material sein, wenn die leitfähige Schicht 2c über den weichen leitfähigen Gummi 2n oder dergleichen elektrisch mit dem Metallkern 2a verbunden ist, wie in Fig. 31C gezeigt ist.
Fig. 32 zeigt ein Beispiel, bei dem der Metallkern 2a und die geschäumte Schicht 2b getrennt sind. Das Verbindungsteil 2j verbindet den Metallkern und die geschäumte Schicht am Endabschnitt. Wenn sich die Laderolle dreht, wird mittels dieser Bauform verhindert, daß die Widerstandsschicht 2k oder die geschäumte Schicht 2b in Schubrichtung verschoben werden.
Da die Verbindung nur in einem kleinen Teil angrenzend den Endabschnitten besteht, sind der Metallkern und die Widerstandsschicht im wesentlichen voneinander getrennt, und deshalb wird der Metallkern nicht durch die Widerstandsschicht in Schwingung versetzt. Außerdem ist der Ladegeräuschpegel niedrig. Da der Metallkern starr ist, kann er deshalb leicht in die geschäumte Schicht in Form eines Zylinders eingeführt werden.
Während die Erfindung mit Bezug auf die hierin offenbarten Bauformen beschrieben wurde, ist sie nicht auf die dargelegten Details eingeschränkt, und diese Erfindung ist dazu vorgesehen, derartige Modifikationen oder Änderungen abzudecken, wie sie innerhalb des Geltungsbereichs der folgenden Ansprüche auftreten können.

Claims

1. Ladeelement, das mit einem aufzuladenden Element in Kontakt bringbar ist, um es elektrisch aufzuladen, wobei das Ladeelement aufweist,

einen röhrenförmigen Ladeabschnitt (2c), der mit dem aufzuladenden Element (1) in Kontakt bringbar ist, einen Halteabschnitt, der eine zylindrische Oberfläche hat, um den Ladeabschnitt zu halten, wobei der Halteabschnitt ein Halteelement (2a) enthält,

einen elastischen Abschnitt (2b, 2d), der entweder einen Teil des Halteabschnitts ausbildet oder einen Teil des Ladeabschnitts ausbildet, und

bei welchem der Innendurchmesser des Ladeabschnitts größer als der Außendurchmesser des Halteabschnitts ist, um einen Hohlraum zu definieren, durch welchen der Ladeabschnitt in Richtung auf den Halteabschnitt und weg von dem Halteabschnitt bewegbar ist.

2. Ladeklinge, die mit einem aufzuladenden Element in Kontakt bringbar ist, um es elektrisch aufzuladen, wobei die Ladeklinge aufweist,

eine Kontaktschicht (2c), welche im Betrieb mit dem aufzuladenden Element in Kontakt ist,

eine elastische Schicht (2b),

einen Halteabschnitt (2h, 30) zum Halten der elastischen Schicht, und

bei welcher zwischen der Kontaktschicht und der elastischen Schicht ein Hohlraum definiert ist, so daß die Kontaktschicht in Richtung auf die elastische Schicht und weg von der elastischen Schicht bewegbar ist.

3. Ladeelement gemäß Anspruch 1, bei welchem der Ladeabschnitt eine äußere Kontaktschicht (2c) aufweist, wobei der elastische Abschnitt an der inneren Fläche der Kontaktschicht angebracht ist, und der Hohlraum zwischen der inneren Fläche des elastischen Abschnitts und der äußeren Fläche des Halteabschnitts definiert ist.

4. Ladeelement gemäß Anspruch 1, bei welchem die elastische Schicht ein Teil des Halteabschnitts ist und an einem Halteelement (2a) befestigt ist, und der Hohlraum zwischen der äußeren Fläche des elastischen Abschnitts und der inneren Fläche des röhrenförmigen Ladeabschnitts definiert ist.

5. Ladeelement gemäß Anspruch 1, bei welchem der Halteabschnitt ein leitfähiges elastisches Element (2d), welches den elastischen Abschnitt schafft und welches die Form einer Rolle hat, und Metallflansche (2e) aufweist, die an jeder der längsseitigen Endflächen des elastischen Elements befestigt sind, und bei welchem der Ladeabschnitt eine Kontaktschicht (2c) in der Form einer lose um den Halteabschnitt befestigten Röhre aufweist, so daß der Hohlraum zwischen der inneren Fläche der Kontaktschicht und der äußeren Fläche des elastischen Rollenelements definiert wird.

6. Element gemäß Anspruch 1, bei welchem der Ladeabschnitt eine innere leitfähige Schicht (2c in Fig. 7) und eine äußere Hochwiderstandsschicht (2f) enthält, die einen spezifischen Volumenwiderstand hat, der größer als der der leitfähigen Schicht ist.

7. Element gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die elastische Schicht aus Schaumstoffmaterial besteht.

8. Element gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, das ferner ein Begrenzungselement (26, 27, 28, 29) angrenzend einem längsseitigen Endabschnitt des Ladeelements aufweist, um die relative Bewegung zwischen dem Ladeabschnitt und dem Halteabschnitt in Längsrichtung zu begrenzen.

9. Element gemäß Anspruch 1 und gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, wenn von Anspruch 1 abhängig, bei welchem der Ladeabschnitt und der Halteabschnitt teilweise miteinander verbunden sind.

10. Element gemäß Anspruch 9, bei welchem ein Verhältnis w der Fläche, in welcher der Ladeabschnitt und der Halteabschnitt nicht miteinander verbunden sind, zu der Fläche, in welcher sie miteinander verbunden sind,

w ≥ 0, 2

erfüllt.

11. Element gemäß einem der Ansprüche 1 und 3 bis 10, bei welchem das Ladeelement zylindrisch und um eine Achse drehbar ist und die Ungleichung 2 < d/t < 500 erfüllt ist, wobei t die Dicke des Ladeabschnitts (2c) ist und d der Abstand von der Drehachse des Ladeelements zu der Oberfläche des Halteabschnitts (2a, 2b) ist.

12. Element gemäß Anspruch 11, bei welchem 10 < d/t < 200.

13. Element gemäß Anspruch 1 oder gemäß einem der Ansprüche 3 bis 12, bei welchem VH/VT > 0,3, wobei VT das Volumen des Ladeelements ist und VH das Volumen des Hohlraums in dem Ladeelement ist, der zwischen dem Halteabschnitt und dem Ladeabschnitt ausgebildet ist.

14. Element gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Asker-C-Härte k des Ladeelements

3 Grad < k < 70 Grad

erfüllt.

15. Element gemäß Anspruch 14, bei welchem die erfüllte Ungleichung

5 Grad < k < 60 Grad

ist.

16. Ladeelement gemäß Anspruch 1 oder gemäß einem der Ansprüche 3 bis 15, bei welchem der äußere Durchmesser des Ladeelements von dessen jeweiligen längsseitigen Endabschnitten in Richtung auf dessen längsseitige Mitte zunimmt.

17. Ladeelement gemäß Anspruch 16, bei welchem der Durchmesser in dem mittleren Abschnitt nicht mehr als 2% größer als der Durchmesser an den Endabschnitten ist.

18. Prozeßkassette, die abnehmbar in einer elektrofotografischen Bilderzeugungsvorrichtung befestigbar ist, und ein lichtempfindliches Bild-tragendes Element (1) und ein Ladeelement (2) enthält, welches im Betrieb mit dem Bildtragenden Element in Kontakt ist, wobei das Ladeelement ausgebildet ist, wie es in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht ist.

19. Prozeßkassette gemäß Anspruch 18, die eine Einrichtung zur Entwicklung eines latenten Bilds auf dem Bildtragenden Element enthält.

20. Elektrofotografische Bilderzeugungsvorrichtung, die ein lichtempfindliches Bild-tragendes Element (1), ein Ladeelement (2) aufweist, welches im Betrieb mit dem Bild-tragenden Element in Kontakt ist, und bei welcher das Ladeelement derart ausgebildet ist, wie es in einem der Ansprüche 1 bis 17 beansprucht ist.

21. Elektrofotografische Bilderzeugungsvorrichtung im Kombination mit einer Prozeßkassette, wie sie im Anspruch 18 oder im Anspruch 19 beansprucht ist.

22. Vorrichtung gemäß Anspruch 20 oder Anspruch 21, die eine Einrichtung zum Anlegen einer oszillierenden Spannung an das Ladeelement enthält.

23. Vorrichtung gemäß Anspruch 22, bei welcher eine Frequenz f der oszillierenden Spannung

f < 1500 Hz oder f > 2000 Hz

erfüllt.

24. Vorrichtung gemäß Anspruch 23, bei welcher

f < 1000 Hz oder f > 2500 Hz.

25. Vorrichtung, entweder gemäß Anspruch 23 oder gemäß Anspruch 24, bei welcher die oszillierende Spannung eine Spitze-Spitze-Spannung hat, welche nicht geringer als doppelt so viel wie die Ladestartspannung für das Bildtragende Element ist.

26. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 23 bis 25, bei welcher die oszillierende Spannung eine mit Wechselspannung vorgespannte Gleichspannung ist.