DE69637248T2

DE69637248T2 - Aufladevorrichtung mit einer Vielzahl von Entladungsspitzen

Info

Publication number: DE69637248T2
Application number: DE69637248T
Authority: DE
Inventors: Takashi Kitakatsuragi-gun Sakai; Haruo Nara-shi Nishiyama; Kazuhiro Ikoma-shi Matsuyama
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-08-08
Filing date: 1996-07-25
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2016-07-26
Also published as: DE69619908T2; DE69619908D1; EP1164439B1; JP3253829B2; EP0758104B1; EP0758104A1; US5796103A; DE69637248D1; EP1164439A2; EP1164439A3; JPH0950169A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Aufladevorrichtung zur Verwendung in einer Bilderzeugungsvorrichtung wie einem Kopiergerät, einem Laserdrucker usw., und genauer gesagt betrifft sie eine Aufladevorrichtung, die von einer Anzahl von Entladungsspitzenabschnitten, die mit vorbestimmtem Intervall vorhanden sind, eine Entladung zu einem Fotoempfänger erzeugt, um dessen Oberfläche zu laden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 41 und die 42 ein Kopiergerät mit einer herkömmlichen Aufladevorrichtung erläutert. Wie es in der 41 dargestellt ist, verfügt das Kopiergerät über einen Fotoempfänger 101, eine Coronaentladevorrichtung 102 zum Laden des Fotoempfängers 101, eine Entwicklereinheit 103 zum Sichtbarmachen eines auf dem Fotoempfänger erzeugten elektrostatischen latenten Bilds in Form eines Tonerbilds unter Verwendung von Toner, eine Übertragungs-Aufladevorrichtung 104 zum Übertragen eines sich ergebenden, sichtbar gemachten Tonerbilds auf der Außenseite des Fotoempfängers 101 auf ein Kopiermaterial, eine Reinigungseinheit 105 zum Sammeln von Resttoner, der nach dem Übertragen des sichtbar gemachten Tonerbilds auf der Außenseite des Fotoempfängers 101 auf das Kopiermaterial auf der Oberfläche des Fotoempfängers 101 verblieb, eine Ladungsbeseitigungslampe 106 zum Beseitigen von auf dem Fotoempfänger 101 verbliebenen Restladungen nach dem bertragen des sichtbar gemachten Tonerbilds auf der Umfangsfläche des Fotoempfängers 101 auf das Kopiermaterial, eine Fixiereinheit 107 zum Fixieren des übertragenen Tonerbilds, um es auf dem Kopiermaterial dauerhaft zu machen, und eine Kopierlampe 108 zum Projizieren von Licht auf ein Dokument (nicht dargestellt).
Der Fotoempfänger 101 trägt axial einen trommelförmigen Träger aus einem elektrisch leitenden Material wie Aluminium usw., der frei drehbar ist. Der Fotoempfänger 101 verfügt auf der Oberfläche des Trägers über eine fotoleitende Schicht aus einem OPC (Organic Photo Conductor = organischer Fotoleiter) usw.
Im Kopiergerät mit der beschriebenen Anordnung wird von der Coronaentladungsvorrichtung 102 ein Entladungsvorgang ausgeführt, und die Oberfläche des Fotoempfängers 101 wird gleichmäßig geladen. Dann projiziert die Kopierlampe 108 Licht auf ein Dokument, und die gleichmäßig geladene Oberfläche des Fotoempfängers 101 wird durch am Dokument reflektiertes Licht belichtet. Im Ergebnis wird auf der Außenseite des Fotoempfängers 101 das Bild des Dokuments als elektrostatisches latentes Bild erzeugt.
In der Entwicklereinheit 103 wird, um zu verhindern, dass der Träger durch einen Tonerschleier verschmutzt wird, das elektrostatische latente Bild als Tonerbild sichtbar gemacht, während eine Spannung derselben Polarität wie dem geladenen elektrischen Potenzial des Fotoempfängers 101 angelegt wird. Nachdem das Tonerbild durch die Übertragungs-Aufladevorrichtung 104 auf ein Übertragungsblatt p übertragen wurde, wird das Tonerbild in der Richtung eines Pfeils B transportiert und durch die Fixiereinheit 107 fest am Übertragungsblatt p angebracht.
Nachdem das Tonerbild auf das Übertragungblatt p übertragen wurde, werden an der Außenseite des Fotoempfängers 101 verbliebene Restladungen durch die Ladungsbeseitigungslampe 106 beseitigt. Dann wird die Oberfläche des Fotoempfängers 101 erneut durch die Coronaentladungsvorrichtung 102 gleichmäßig geladen. Durch Wiederholen der beschriebenen Prozesse wird ein Kopiervorgang für das Dokument wiederholt ausgeführt.
Zu bekannten Coronaentladungsvorrichtungen 102, wie sie als Aufladevorrichtung oder als Übertragungseinheit usw. im beschriebenen Kopiergerät oder einem Drucker usw. bei einem elektrofotografischen Druckprozess verwendbar sind, gehören solche mit der folgenden Anordnung: an einen Wolframdraht mit einem Durchmesser von 50 μm bis 100 μm wird eine Hochspannung von 5 kV bis 10 kV angelegt, und sich ergebende, erzeugte Ionen werden auf die Oberfläche des Fotoempfängers bewegt, um dessen gesamte Oberfläche zu laden. Bei der beschriebenen Coronaentladungsvorrichtung ist, um den Entladungsvorgang zu stabilisieren, ein Abschirmungsgehäuse unter einem vorbestimmten Abstand zum Wolframdraht vorhanden. Es ist auch eine Coronaentladungsvorrichtung bekannt, die mit einer Gitterelektrode versehen ist, die dazu dient, das elektrische Potenzial an der Oberfläche des Fotoempfängers gleichmäßig zu machen.
Jedoch zeigt die beschriebene Coronaentladungsvorrichtung den folgenden Nachteil. Es wird nämlich, da vom Wolframdraht zur Gitterelektrode oder zum Abschirmgehäuse eine übermäßige Entladung erzeugt wird, die erzeugte Ozonmenge größer, was zu einer Bildbeeinträchtigung führt und Menschen und die Umgebung nachteilig beeinflusst. Außerdem wird, wenn ein Wolframdraht verwendet wird, obwohl die Konstruktion vereinfacht werden kann, derselbe leicht durchgetrennt und die angelegte Spannung nimmt zu, was zu einer zunehmenden Menge erzeugten Ozons führt, wenn derselbe Entladungsstrom verwendet wird.
Um die beschriebenen Probleme zu lösen, ist eine andere Aufladevorrichtung bekannt, wie sie z. B. in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegung Nr.15272/1988 (Tokukaisho 63-15272) offenbart ist, bei der eine Elektrode mit einer Anzahl von in einer Reihe ausgebildeten Entladungsspitzenabschnitten (Anzahl nadelförmiger Entladungselektroden oder sägezahnförmiger Entladungselektroden) vorhanden ist, um den beim Coronaladevorgang vorhandenen Wolframpfad zu ersetzen, um die Oberfläche des Fotoempfängers durch Erzeugen einer Coronaentladung von den Entladungsspitzenabschnitten zu laden. Die beschriebene Coronaentladungsvorrichtung ist gegenüber der beschriebenen Entladungsvorrichtung vom Drahttyp dahingehend deutlich von Vorteil, dass die erzeugte Ozonmenge auf ungefähr 1/3 bis 1/4 verringert wird, wenn dieselbe Entladungsstromspannung angelegt wird, und dass eine relativ hohe Baufestigkeit erzielt wird und die benötigte angelegte Spannung verringert werden kann.
Unter Bezugnahme auf die 42 wird nun eine Coronaentladungsvorrichtung mit herkömmlicher sägezahnförmiger Elektrode, bei der eine Anzahl von Elektroden mit Entladungsspitzenabschnitt angeordnet sind, erläutert.
Wie es in der 42 dargestellt ist, ist die Coronaentladungsvorrichtung so aufgebaut, dass eine Anzahl von Entladungselektroden 111 mit vorbestimmtem Intervall auf einem isolierenden Substrat 112 ausgebildet sind und von einer einzelnen Spannungsquelle 113 eine hohe Spannung an die Entladungselektroden 111 angelegt wird. Bei der beschriebenen Coronaentladungsvorrichtung besteht jedoch die Tendenz, dass sie durch Unterschiede zwischen jeweiligen Formen der Entladungselektroden 111 sowie Beschädigungen, Schmutz usw. an denselben beeinflusst wird, wobei ein derartiger nachteiliger Effekt zu Schwankungen des Entladungsstroms jeder Entladungselektrode 111 führt. Zum gleichmäßigen Laden des Fotoempfängers 101 muss daher eine Überschussmenge an Entladungsstrom zugeführt werden. Im Ergebnis nimmt die Menge eines erzeugten Gases wie Ozon usw. zu (um 1/5 im Vergleich zu einer Entladungsvorrichtung vom Drahttyp), was zum Problem eines nachteiligen Einflusses auf Menschen, die Umgebung usw. führt, wobei jedoch die zur Außenseite der Vorrichtung ausgegebene Ozonmenge in gewissem Ausmaß durch Anbringen eines Ozonfilters gesenkt werden kann.
Im Allgemeinen wird die Summe der Entladungsströme von jeweiligen Entladungselektroden 111 auf einen relativ großen Wert eingestellt, d. h. im Bereich von –700 μA bis –800 μA, da es erforderlich ist, den Entladungsstrom I_p so einzustellen, dass eine ausreichende Toleranz zum Kompensieren des Effekts aus der Stabilisierung der Entladung, der Lebensdauer der Vorrichtung, den Umgebungsbedingungen, Schmutz an der Aufladevorrichtung usw. besteht, was auf dem folgenden Mechanismus beruht. Unter Berücksichtigung des Installationsraums eines Abschirmgehäuses wird der herkömmliche Entladungsspalt auf ungefähr 9 (mm) eingestellt. In diesem Fall ergibt sich aus der Gleichung V_th = (1,2 + 2L_g/7) eine Entladungsstartspannung V_th von ungefähr 3,78 kV. Wenn die Obergrenze der an die Entladungselektrode anzulegenden Hochspannung auf 7 kV eingestellt wird und die Raumimpedanz auf ungefähr 600 MΩ eingestellt wird, beträgt die Obergrenze des Entladungsstroms pro Stift i_p) – (7000 – 3800)/600 × 10⁶ ≈ –5,3 μA. Dies kann in einem Entladungsstrom der gesamten Stifte im Bereich von –700 μA bis –800 μA umgesetzt werden.
In der Coronaentladungsvorrichtung werden die Spitze-Spitze-Schrittweite P der Entladungsspitzenabschnitte und der Abstand D zwischen diesen und der Oberfläche des Fotoempfängers auf geeignete Werte eingestellt; andernfalls kann die Oberfläche des Fotoempfängers nicht gleichmäßig geladen werden. Das heißt, dass z. B. dann, wenn die Schrittweite P der Entladungsspitzenabschnitte zu klein ist, elektrische Felder benachbarter Entladungsspitzenabschnitte miteinander Wechselwirken, was dazu führt, dass das geladene elektrische Potenzial Unregelmäßigkeiten zeigt. Wenn dagegen die Schrittweite P zu groß ist, tritt zwischen einem Abschnitt um die Entladungsspitzenabschnitte herum und anderen Abschnitten eine deutliche Differenz auf, was ebenfalls zu Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials führt. Wenn der Abstand D zu klein ist, wird der Fotoempfänger örtlich entladen, was erneut zu Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials führt. Wenn dagegen der Abstand D zu groß ist, kann eine Entladung nicht ausgeführt werden, solange nicht die angelegte Spannung auf einen größeren Wert eingestellt wird (d. h., es wird eine größere Hochspannungsquelle für den Entladevorgang eingebaut), was zum Problem führt, dass die Vorrichtung groß wird.
Um das beschriebene Problem zu lösen, offenbart die japanische Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 28300/1995 (Tokukaihei 7-28300) eine Aufladevorrichtung, die es erlaubt, die Oberfläche eines Fotoempfängers gleichmäßig zu laden (der Gesamtentladungsstrom befindet sich im Bereich von –200 μA bis +100 μA), ohne eine große Ozonmenge zu erzeugen, was durch Spezifizieren der Korrelation zwischen dem Abstand D zwischen der Oberfläche des Fotoempfängers und der sägezahnförmigen Elektrode und der Schrittweite P der Entladungsspitzenabschnitt dahingehend erfolgt, dass 2 ≤ D/P ≤ 8 erfüllt ist.
Eine andere Entladungsvorrichtung ist z. B. in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 11946/1994 (Tokukaihei 6-11946) offenbart, die es erlaubt, Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials ohne Erhöhen der an die Entladungselektrode angelegten Spannung dadurch zu unterdrücken, dass der durch das Gitter fließende Gitterstrom I_g dem durch das Gehäuse fließenden Gehäusestrom I_c gleichgemacht wird (I_g = I_c).
Im Allgemeinen weist eine Coronaentladung die Eigenschaft auf, dass der Entladungszustand abhängig von verschiedenen Bedingungen variiert. Die Variationen des Entladungszustands führen zu Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials auf der Oberfläche des Fotoempfängers, und sie verringern die Qualität des darauf erzeugten Bilds. Zum Beispiel können Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials einfach dadurch gesenkt werden, dass der Entladungsstrom erhöht wird. Um jedoch den Entladungsstrom zu erhöhen, ist es erforderlich, eine höhere Spannung an den Entladungsspitzenabschnitt anzulegen. Da diese die Größe der Hochspannungsquelle erhöht, wird die Aufladevorrichtung groß.
Wenn die Stärke des Entladungsstroms erhöht wird, nimmt entsprechend die erzeugte Ozonmenge zu. Ferner wird, da dies die Oberfläche des Fotoempfängers nachteilig beeinflusst, die Qualität des darauf erzeugten Bilds abgesenkt. Das sich ergebende Ozon bindet an andere Fremdsubstanzen, wie ein in der Luft strömendes Gas, innerhalb der Bilderzeugungsvorrichtung, und es wird Stickoxid (NO_x) oder Siliciumoxid (SiO usw.) erzeugt. Das sich ergebende Stickoxid oder Siliciumoxid wird an die Oberfläche der Entladungselektrode an die Oberfläche der Gitterelektrode gesaugt, und dies bewirkt, dass die Entladungsleistung der sägezahnförmigen Entladungselektrode und die Fähigkeit, die Gitterelektrode zu steuern, deutlich abnehmen.
Außerdem tritt, wenn der Entladungsstrom erhöht wird, eine unerwünschte Streuentladung auf, die vom Entladungsspitzenabschnitt in einen anderen Abschnitt ausleckt. Um dies zu verhindern, muss zwischen den Entladungsspitzenabschnitten und dem Abschirmungsgehäuse für einen größeren als den erforderlichen Abstand gesorgt werden. Dies erhöht die Größe der Abschirmung, und die Aufladevorrichtung selbst wird größer.
Herkömmlicherweise ist kein Designverfahren für eine Aufladevorrichtung bekannt, das es erlaubt, eine Aufladevorrichtung effizient innerhalb einer kurzen Zeitperiode zu konzipieren, während für eine Lösung hinsichtlich der Umgebungsprobleme gesorgt ist. Hinsichtlich des Designs einer Aufladevorrichtung wird z. B., wenn die Form derselben bestimmt wird, im Allgemeinen die Form des Abschirmungsgehäuses modifiziert, um unter verschiedenen Einschränkungen der das Abschirmungsgehäuse verwendenden Hauptvorrichtung die optimale Form zu erzielen, um damit die Form des Abschirmungsgehäuses zeitweilig festzulegen. Danach werden andere Parameter eingestellt. Es wurde ein anderes Aufladeverfahren vorgeschlagen, bei dem die Gitterspannung V_g auf Grundlage von Aufladeeigenschaften eingestellt wird, um stabile Aufladeeigenschaften aufrechtzuerhalten, da die Korrelation zwischen dem Abstand L_pg vom Entladungsspitzenabschnitt zur Gitterelektrode und die Öffnungsweite L_c des Abschirmungsgehäuses nicht bekannt sind.
Bei der oben beschriebenen Coronaentladungsvorrichtung, die mit einer herkömmlichen sägezahnförmigen Elektrode versehen ist, bei der eine Anzahl von Elektroden mit Entladungsspitzenabschnitten ausgebildet ist, ist eine übermäßige Stärke des zuzuführenden Entladungsstroms erforderlich, um für einen gleichmäßigen Aufladevorgang zu sorgen. Ein Verfahren zum Überwinden des beschriebenen Problems ist z. B. in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 2314/1993 (Tokukaihei 5-2314) offenbart. Gemäß dem beschriebenen Verfahren kann der durch jede Entladungselektrode fließende Strom unter stabilem Zustand eingestellt werden, wenn jede Entladungselektrode mit der Hochspannungsquelle verbunden wird. Die beschriebene Technik wird unter Bezugnahme auf die 43 im Einzelnen erläutert.
Eine derartige Coronaentladungsvorrichtung ist so ausgebildet, dass auf einem isolierenden Substrat 125 eine gemeinsame Elektrode 125 hergestellt ist und eine Anzahl nadelförmiger Entladungselektroden 121 mit vorbestimmtem Abstand von z. B. 2 mm entfernt von der gemeinsamen Elektrode 125 hergestellt ist. Die gemeinsame Elektrode 125 und jede Entladungselektrode 121 sind durch einen entsprechenden Steuerwiderstand 124 elektrisch verbunden. Jede Steuerelektrode 124 besteht aus einem Widerstandselement wie einem hochmolekularen organischen Material, mit einem Chip-Widerstand, Kohlenstoff usw., und sie verfügt über einen Widerstandswert von ungefähr 1,5 GΩ.
Gemäß der beschriebenen Anordnung wird, wenn die an die gemeinsame Elektrode 125 angelegte Spannung durch den Steuerwiderstand 124 um eine Konstantspannung abgesenkt wird, der durch jede Entladungselektrode 121 fließende Entladungsstrom abgesenkt und stabilisiert.
Jedoch weist die beschriebene herkömmliche Technik den folgenden Nachteil auf.
Bei der herkömmlichen Aufladevorrichtung gemäß der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 28300/1995 (Tokukaihei 7-28300) wird nämlich lediglich das Verhältnis des Abstands D zwischen der Oberfläche des Fotoempfängers und der sägezahnförmigen Elektrode in Bezug auf die Schrittweite P des Entladungsspitzenabschnitts spezifiziert, was nicht für eine ausreichende Lösung sorgt, um Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials zu verhindern. Dies, da die Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials abhängig von verschiedenen Faktoren variieren, wie der Art des der Entladungselektrode zugeführten Stroms (Gleichstrom oder einem solchen überlagerter Wechselstrom) und der Stärke desselben, dem Abstand zwischen dem Entladungsspitzenabschnitt und dem Abschirmgehäuse, den Umgebungsbedingungen, insbesondere der Feuchtigkeit usw. Außerdem ist bei der herkömmlichen Aufladevorrichtung die Summe der Entladungsströme klein (–200 μA bis +100 μA), und selbst eine geringe Änderung der Bedingungen kann zum Problem führen, dass der Entladungsvorgang stabil ausgeführt werden kann.
Außerdem wird für die herkömmliche Aufladevorrichtung gemäß der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 11946/1994 (Tokukaihei 6-11946) nur die Bedingung I_g = I_c spezifiziert, was erneut nicht für eine ausreichende Lösung hinsichtlich Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials unter allen möglichen Umgebungsbedingungen sorgt. Darüber hinaus treten, wenn die Stromstärke zunimmt, andere Bereiche auf, in denen stabile Ladeeigenschaften erzielt werden können, abweichend vom Bereich, der die Bedingung I_g = I_c erfüllt. Jedoch kann die Aufladevorrichtung wegen der Beschränkung I_g = I_c nicht frei mit hoher Effizienz konstruiert werden.
Bei der beschriebenen herkömmlichen Technik ist bei einem zugeführten Entladungsstrom von nicht mehr als –700 μA die Korrelation zwischen diesem und anderen Parametern nicht bekannt. Das heißt, dass in der Nähe des kritischen Werts des Entladungsstroms, wie er erforderlich ist, um Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials zu verhindern, Effekte aus anderen Parametern nicht abgeschätzt werden können. Wenn nur die Parameter spezifiziert werden, ist es erforderlich, um eine geeignete Toleranz zu bestimmen, einen Bestätigungstest dadurch auszuführen, dass die Aufladevorrichtung tatsächlich aufgebaut wird und die Testergebnisse an den Konstruktionsprozess rückgeführt werden, was zum Problem führt, dass für den gesamten Konstruktionsprozess der Aufladevorrichtung viel Zeit benötigt wird.
Andererseits ist es bei der herkömmlichen Vorrichtung gemäß der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 2314/1993 (Tokukaihei 5-2314) zulässig, den Strom abzusenken. Jedoch muss unter Berücksichtigung der Toleranz für Schmutz an der Entladungselektrode sowie Kleber usw. ein Entladungsstrom zugeführt werden, der ein Mehrfaches bis einige Zehnfache der erforderlichen Stromstärke ist. So verbleibt das Problem der Erzeugung einer großen Ozonmenge ungelöst.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung wurde ausgehend von der Hoffnung geschaffen, eine Lösung für die oben genannten Probleme zu finden, und demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine kompakte und billige Aufladevorrichtung zu schaffen, die eine stabile Entladung und ein gleichmäßiges Laden der Oberfläche eines Fotoempfängers ermöglicht, ohne dass während der Entladung eine große Ozonmenge erzeugt wird, und ein Konstruktionsverfahren zu schaffen, das es erlaubt, die beschriebene Aufladevorrichtung effizient innerhalb einer kurzen Zeitperiode zu konstruieren.
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, ist eine Aufladevorrichtung gemäß dem Anspruch 1 geschaffen.
D. h., dass die Abladevorrichtung so ausgebildet ist, dass ein Entladestrom (μA), ein durch das Gitter fließender Strom (μA), ein aus den Entladungsspitzenabschnitten zum elektrisch leitdenden Gehäuse ausleckender Leckstrom (μA) und ein durch den Fotoempfänger fließender Strom (μA), die als I_p, I_g bzw. I_c bezeichnet werden, in einem durch eine (I_g/I_d)-Achse und eine (I_c/I_d)-Achse gebildeten Koordinatensystem in einem Bereich eingestellt sind, der durch Folgendes umgeben ist: (Ig/Id) + (Ic/Id) = 6, (1) (Ig/Id) + (Ic/Id) = 8, (2) (Ic/Id) = 1, und (3) (Ig/Id) = 1. (4)
Bei der beschriebenen Anordnung wird von jedem Entladungsspitzenabschnitt entsprechend der an ihn angelegten Spannung und einer an das Gitter zum Laden der Oberfläche des Fotoempfängers angelegten Spannung ein Entladestrom an den Fotoempfänger geliefert. Jedoch würde dann die erzeugte Ozonmenge zunehmen.
Hierbei kann der Entladungsvorgang umso stabiler ausgeführt werden, und umso kleiner sind die Unregelmäßigkeiten des geladenen elektrischen Potentials an der Oberfläche des Fotoempfängers, je größer der Entladungsstrom ist. Andererseits wäre die erzeugte Ozonmenge erhöht. Vorausgesetzt, dass kein Leckstrom erzeugt wird, ist der Entladungsstrom durch die Summe aus dem Gitterstrom I_g, dem Trommelstrom I_d und dem Gehäusestrom I_c gegeben. Wie der Entladungsstrom so variieren auch der Gitterstrom I_g und der Gehäusestrom I_c entstprechend L_pg/l_c, was das Verhältnis des Abstands L_pg zwischen dem Gitter und den Entladungsspitzenabschnitten zum Abstand l_c zwischen dem elektrisch leitenden Gehäuse und den Entladungsspitzenabschnitten repräsentiert, während I_d unabhängig vom Verhältnis L_pg/l_c konstant gehalten wird. Daher ist es, um einen gleichmäßigen Entladungsvorgang auszuführen, ohne die Gesamtgröße der Ladevorrichtung zu erhöhen, erforderlich, den Entladungsstrom herabzudrücken, während zwischen dem Gitterstrom I_g, dem Trommelstrom I_d und dem Gehäusestrom I_c eine spezielle Relativkorrelation erfüllt ist.
Bei der beschriebenen Anordnung kann, da der Gitterstrom I_g und der Gehäusestrom I_c innerhalb desjenigen Bereichs L_pg/l_c eingestellt sind, in dem sie bei de nicht kleiner als der Gitterstrom I_d sind ((3) und (4)) und die Summe von (I_g/I_d) und (I_c/I_d) im Bereich von 6 bis 8 liegt ((1) und (2)), der Entladungsstrom auf einen Pegel heruntergedrückt werden, bei dem die erzeugte Ozonmenge keinerlei Probleme darstellt, und es kann ein gleichmäßiger Entladungsvorgang ausgeführt werden, um dadurch sicher die Unregelmäßigkeiten des geladenen elektrischen Potentials an der Oberfläche des Fotoempfängers herabzudrücken.
Andere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 5 angegeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Flussdiagramm, das ein Konstruktionsverfahren für eine HL-Aufladevorrichtung gemäß der Erfindung veranschaulicht.
2 ist eine erläuternde Ansicht, die die Struktur eines Beispiels eines Kopiergeräts zeigt, das mit einer erfindungsgemäßen Aufladevorrichtung versehen ist.
3 ist eine erläuternde Ansicht, die die Korrelation zwischen einer Öffnungsweite L_c und einer Prozessgeschwindigkeit v_p eines HL-Gehäuses zeigt.
4 ist eine erläuternde Ansicht, die beobachtete Werte zeigt, die die Abhängigkeit der Menge erzeugten Ozons vom Entladungsstrom repräsentieren.
5 ist ein Ersatzschaltbild zum Erläutern von Entladungseigenschaften einer Entladungselektrode mit sägezahnförmigen Entladungsspitzenabschnitten.
6 ist eine Simulationsschaltung zum Berechnen einer Entladungszeit-Untergrenze t₀, die zum Laden einer Fotoempfängertrommel auf ein vorbestimmtes Potenzial erforderlich ist, wenn die Prozessgeschwindigkeit initialisiert wird.
7 ist eine erläuternde Ansicht, die auf Grundlage der Simulationsschaltung der 6, beobachtete Werte für den Strom und den Entladungsstrom zeigt, der durch die Fotoempfängertrommel fließt.
8 ist ein Ersatzschaltbild zwischen einem Gitter und der Fotoempfängertrommel in der 6.
9 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Beispiel für die in der 8 dargestellte Ersatzschaltung zeigt.
10 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Beispiel für die sägezahnförmigen Entladungsspitzenabschnitten der Entladungselektrode zeigt.
11 ist eine erläuternde Ansicht, die die I_p-V_h-Charakteristik bei der Konstruktion der 10 zeigt.
12 ist eine Ersatzschaltung pro Stift, bei der der Effekt eines Raums durch eine konzentrierte Konstante einer räumlichen Impedanz dargestellt ist.
13 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Optimierung eines Entladungsstroms veranschaulicht.
14 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Korrelation zwischen einem Gitterstrom, einem Gehäusestrom, einem Trommelstrom und einer Gehäusespannung eines Abschirmgehäuses bei konstantem Entladungsstrom zeigt.
15 ist eine erläuternde Ansicht, die andere eine Korrelation zwischen einem Gitterstrom, einem Gehäusestrom, einem Trommelstrom und einer Gehäusespannung eines Abschirmgehäuses bei konstantem Entladungsstrom zeigt.
16 ist eine erläuternde Ansicht, die noch eine Korrelation zwischen einem Gitterstrom, einem Gehäusestrom, einem Trommelstrom und einer Gehäusespannung eines Abschirmgehäuses bei konstantem Entladungsstrom zeigt.
17 ist eine erläuternde Ansicht, die weiterhin noch eine andere Korrelation zwischen einem Gitterstrom, einem Gehäusestrom, einem Trommelstrom und einer Gehäusespannung eines Abschirmgehäuses bei konstantem Entladungsstrom zeigt.
18 ist eine erläuternde Ansicht, die eine beispielhafte Anordnung zum Herleiten jeweiliger Korrelationen zeigt, wie sie in den 14 bis 17 dargestellt sind.
19 ist eine erläuternde Darstellung, die beobachtete Werte für den Entladungsstrom zeigen, die es erlauben, ein hohes Qualitätsniveau für kopierte Bilder aufrechtzuerhalten, ohne dass Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials bestehen, und zwar aus einer Gesamtbeurteilung auf Grundlage beobachteter Werte, die die Gleichmäßigkeit eines kopierten Bilds (Prüfen des Ausmaßes von Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials in einem kopierten Halbtonbild) hinsichtlich jedes Verhältnisses I_g/I_c repräsentieren, wie es durch Messen jeweiliger Werte des Gitterstroms I_g und des durch das Abschirmungsgehäuse fließenden Gehäusestroms I_c erhalten wird, wenn diesem der Entladungsstrom zugeführt wird.
20 ist eine erläuternde Ansicht, die (I_g/I_c) bei kritischen Umgebungsbedingungen ohne Verwendung einer logarithmischen Wiedergabe auf der y-Achse der 19 zeigt.
21 ist eine vergrößerte Ansicht des umkreisten Abschnitts in der 20.
22 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Korrelation zwischen (L_pf/(L_c/2)) und (I_g/I_c) zeigt.
23 ist eine vergrößerte Ansicht eines umkreisten Abschnitts in der 22.
24 ist eine erläuternde Ansicht, die Messergebnisse für das Sättigungspotenzial V_s und Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials für die Fotoempfängertrommel abhängig vom Entladungsstrom I_p mit der Gitterspannung V_g als Parameter zeigt.
25 ist eine erläuternde Ansicht, die Messergebnisse für den unteren Grenzwerte des Entladestroms I_p zeigt, wie er erforderlich ist, um Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials abhängig von der absoluten Feuchtigkeit D_H zu verhindern.
26 ist eine erläuternde Ansicht betreffend die Messung jeweiliger Änderungen von I_g, I_c und I_d, während Parameter L_pg und l_c des HL-Gehäuses bei konstantem Entladungsstrom variiert werden.
27 ist eine erläuternde Ansicht, die Messergebnisse für die Konstruktion der 26 zeigt.
28 ist eine erläuternde Ansicht zu Messergebnissen, die zeigt, wie Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials abhängig von (I_pf/I_c) variieren, wenn der Entladungsstrom I_p = –140 μA beträgt.
29 ist eine erläuternde Ansicht, die Messergebnisse zur Gleichmäßigkeit der Ladung durch Variieren des Stromsverteilungsverhältnisses zwischen I_g _, I_c und I_d durch Variieren von Parametern L_pg und l_c des HL-Gehäuses zeigt.
30 ist eine erläuternde Ansicht, die Messergebnisse zum Stromverhältnis abhängig vom Trommelstrom I_d auf Grundlage der in der 27 dargestellten Ergebnisse zeigt.
31 ist eine erläuternde Ansicht, die jeweilige Bereiche für I_g, I_c und I_d zeigt, für die Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials an der Oberfläche einer Fotoempfängertrommel 51 sicher auf ein Niveau verringert werden können, dass Probleme in Zusammenhang mit der Menge erzeugten Ozons auf ein vernachlässigbares Maß herabgedrückt werden können, während für gleichmäßige Entladung gesorgt ist.
32 ist eine erläuternde Ansicht, die Messergebnisse zum prozentualen Verhältnis des Gehäusestroms in Bezug auf den Entladungsstrom (unterer Grenzwert für den Entladungsstrom, der dazu erforderlich ist, Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials zu verhindern) zeigt, wenn Parameter L_gr, L_pg und l_c auf 1 (mm), 8,5 (mm) bzw. 8,0 (mm) eingestellt werden.
33 ist eine erläuternde Ansicht einer Schaltung der Aufladevorrichtung.
34 ist eine Ersatzschaltung der Aufladevorrichtung in der 33.
35 ist eine erläuternde Ansicht, die jeweilige Korrelationen in Bezug auf Folgendes zeigt: den Widerstandswert eines eingesetzten Widerstands für einen niedrigeren Grenzentladungsstrom, wie zum Verhindern von Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials erforderlich; eine Ausgangsspannung eines Hochspannungs-Ausgangsabschnitts (Hochspannungstransformator) sowie den erforderlichen Energieverbrauch des Hochspannungs-Ausgangsabschnitts.
36 ist ein erläuternde Ansicht, die Widerstandswerte zeigt, die abhängig von einer an die beiden Enden des Widerstands angelegten Spannung variieren, wenn als eingesetzter Widerstand ein Filmwiderstand verwendet wird.
37 ist ein Schaltbild, das dazu verwendet wird, in der 36 dargestellte Charakteristiken zu erhalten.
38 ist eine erläuternde Ansicht, die eine beispielhafte Struktur der Aufladevorrichtung zeigt.
39 ist eine erläuternde Ansicht, die die Abhängigkeit der absoluten Feuchtigkeit von einer jeweiligen Stromstärke von I_g, I_c und I_d und I_L zeigt, wenn ΔI_P = (I_P – 7I_c/3) an den Entladungsstrom I_P rückgeführt wird.
40 ist eine erläuternde Ansicht von Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials an der Oberfläche des Fotoempfängers abhängig von der absoluten Feuchtigkeit, wenn ΔI_P = (I_P – 7I_c/3) an den Entladungsstrom I_P rückgeführt wird.
41 ist eine erläuternde Ansicht, die eine beispielhafte Konstruktion eines Kopiergeräts mit herkömmlicher Aufladevorrichtung zeigt.
42 ist eine erläuternde Ansicht, die eine herkömmliche sägezahnförmige Elektrode aus einer Anzahl von Elektroden mit Entladungsspitzenabschnitt zeigt.
43 ist eine erläuternde Ansicht, die eine beispielhafte Konstruktion zum Steuern eines Stroms für stabilen Fluss in jeder Entladungselektrode dadurch, dass jede Entladungselektrode über einen entsprechenden Widerstand in einer herkömmlichen Coronaentladungsvorrichtung mit sägezahnförmiger Elektrode gemäß der 42 mit einer Hochspannungsquelle verbunden wird, zeigt.
BESCHREIBUNG DER AUSFUHRUNGSFORM
Die folgende Beschreibung erörtert unter Bezugnahme auf die 1 bis 32 eine Ausführungsform der Erfindung.
Wie es in der 2 dargestellt ist, verfügt ein Kopiergerät mit einer Aufladevorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform über eine Fotoempfängertrommel 51, deren Außenseite mit Licht L belichtet wird, das durch Ausführen eines optischen Abtastvorgangs an einem Dokument (nicht dargestellt) reflektiert wird. Die Fotoempfängertrommel 51 trägt in axialer Richtung einen trommelförmigen Träger aus einem elektrisch leitenden Material wie Aluminium usw., der frei drehbar ist und auf seinem Umfang eine fotoleitende Schicht aus einem OPC (organic photo conductor = organischer Fotoleiter) usw. trägt. Die Fotoempfängertrommel 51 wird in der Richtung eines Pfeils A in der Figur drehend angetrieben. Die gleichmäßig geladene Außenseite der Fotoempfängertrommel 51 wird durch das reflektierte Licht L belichtet, und es wird auf ihr ein elektrostatisches latentes Bild erzeugt, das dem Bildmuster des Dokuments entspricht.
Entlang dem Umfang des Fotoempfängers 51 sind eine HL-Aufladevorrichtung (Hauptladeeinrichtung) 52, eine Entwicklungseinrichtung 53, eine Reinigungseinheit 55 und eine Ladungsbeseitigungslampe 56 vorhanden. Die HL-Aufladevorrichtung 52 ist vorhanden, um die Außenseite der Fotoempfängertrommel 51 auf ein vorbestimmtes Potenzial zu laden. Die Entwicklungseinheit 53 ist vorhanden, um ein auf der Fotoempfängertrommel 51 erzeugtes elektrostatisches latentes Bild unter Verwendung von Toner T in Form eines Tonerbilds sichtbar zu machen. Die Reinigungseinheit 55 ist vorhanden, um auf der Fotoempfängertrommel 51 verbliebenen Toner T zu sammeln. Die Ladungsbeseitigungslampe 56 ist dazu vorhanden, Restladungen zu beseitigen, die auf der Fotoempfängertrommel 51 verblieben sind.
Auf der stromabwärtigen Seite in der Transportrichtung eines Übertragungsblatts P (in der Richtung eines Pfeils B in der Figur) ist zwischen der Fotoempfängertrommel 51 und einer Übertragungs-Aufladevorrichtung 54 eine Fixiereinheit 57 vorhanden, die dafür sorgt, ein übertragenes Tonerbild auf dem Übertragungsblatt P dauerhaft auszubilden. Die beschriebenen HL-Aufladevorrichtung und die Übertragungs-Aufladevorrichtung 54 bestehen jeweils aus erfindungsgemäßen Aufladevorrichtungen.
Die HL-Aufladevorrichtung 52 besteht aus einem HL-Gehäuse 2a (elektrisch leitendes Gehäuse), einem isolierenden Substrat 2b, einer Anzahl von Entladungselektroden 2c und einem Gitter 2d. Das HL-Gehäuse 2a verfügt über einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt. Das isolierenden Substrat 2b besteht aus Glas, Epoxid oder dergleichen, und es ist im HL-Gehäuse 2a befestigt. Jede Entladungselektrode 2c (mit einer Dicke von 0,1 mm) besteht aus rostfreiem Stahl, und von einem am isolierenden Substrat 2b angebrachten Hochspannungs-Erzeugungsabschnitt 63 wird eine Hochspannung (z. B. negative Hochspannung von –V_cc) an sie angelegt. Das Gitter 2d ist zwischen der Entladungselektrode 2c und der Fotoempfängertrommel 51 vorhanden, und es wird eine vorbestimmte Hochspannung an es angelegt. Die Entladungselektrode 2c verfügt über z. B. 107 sägezahnförmige Entladungsspitzenabschnitte (siehe die 10). Die Entladungsspitzenabschnitte sind z. B. mit einer Spitze-Spitze-Schrittweite von 2 mm ausgebildet, und sie stehen um z. B. um 2 mm gegenüber der Oberfläche des isolierenden Substrats 2b hoch.
Wenn vom Hochspannungs-Erzeugungsabschnitt 63 eine Hochspannung (z. B. –3,5 kV) an die Entladungselektrode 2c angelegt wird, lädt die HL-Aufladevorrichtung 52 die Außenseite der Fotoempfängertrommel 51 durch Erzeugen einer Coronaentladung von jedem Entladungsspitzenabschnitt. Wenn vom Hochspannungs-Erzeugungsabschnitt 63 eine Spannung von –620 V an das Gitter 2d angelegt wird, steuert diese das Entladungsausmaß von jedem Entladungsspitzenabschnitt der Entladungselektrode 2e, um das Ladepotenzial der Außenseite der Fotoempfängertrommel 51 zu einem vorbestimmten Potenzial (z. B. –600 V) zu machen.
Die Übertragungs-Aufladevorrichtung 54 weist mit Ausnahme des Gitters 2d dieselbe Konstruktion wie die HL-Aufladevorrichtung 52 auf. Das heißt, dass die Übertragungs-Aufladevorrichtung 54 aus einem Abschirmungsgehäuse 4a mit im Wesentlichen rechteckigem Querschnitt, einem isolierenden Substrat 4b aus Epoxid oder dergleichen, das im Abschirmungsgehäuse 4a festgehalten wird, und einer Anzahl von Entladungselektroden 4c besteht, an die vom am isolierenden Substrat 4b befestigten Hochspannungs-Erzeugungsabschnitt 63 eine Hochspannung (z. B. eine negative Hochspannung von –V_cc) angelegt wird. Die Entladungselektrode 4c verfügt über z. B. 107 sägezahnförmige Entladungsspitzenabschnitte. Die Entladungsspitzenabschnitte sind mit z. B. einer Spitze-Spitze- Schrittweite von 2 mm ausgebildet, und sie stehen um z. B. 2 mm von der Oberfläche des isolierenden Substrats 4b hoch.
Wenn eine hohe Spannung an die Entladungselektroden 4c angelegt wird, erzeugt die Übertragungs-Aufladevorrichtung 54 von jedem Entladungsspitzenabschnitt eine Coronaentladung, um die Rückseite des Übertragungsblatts p aufzuladen, und es wird ein auf der Außenseite der Fotoempfängertrommel 51 erzeugtes Tonerbild auf das Übertragungsblatt p übertragen.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ein Konstruktionsverfahren für die HL-Aufladevorrichtung 52 gemäß der Erfindung erläutert.
Als Erstes wird auf Grundlage physikalischer Eigenschaften (Filmdicke des Fotoempfängers) der Fotoempfängertrommel 51 und der Prozessgeschwindigkeit (Umfangsgeschwindigkeit der Fotoempfängertrommel 51) usw. eine Optimierung der Form und der Größe des HL-Gehäuses 2a ausgeführt (S1). Das heißt, dass in S1 die Öffnungsweite des HL-Gehäuses 2a und der Abstand zwischen den Entladungselektroden und dem Gitter 2d bestimmt werden.
Dann wird eine Optimierung von Gitterbedingungen ausgeführt (S2). Genauer gesagt, wird in S2 eine Korrelation zwischen einem Gitterspalt (Abstand vom Gitter 2d zur Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51) und der Gitterschrittweite erstellt.
Als Nächstes wird eine Optimierung der Sägezahnbedingungen ausgeführt (S3). Genauer gesagt, wird in S3 eine Korrelation zwischen der Schrittweite der Entladungsspitzenabschnitte (Sägezahn-Schrittweite) und einem Entladungsspalt (Abstand zwischen den Entladungsspitzenabschnitten und der Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51) erstellt.
Dann wird eine Optimierung des Stromverteilverhältnisses betreffend den Entladungsstrom ausgeführt (S4). Genauer gesagt, wird eine Optimierung des Verhältnisses des Gitterstroms zum Gehäusestrom ausgeführt. Anschließend wird eine Optimierung der Gitterspannung und eine Minimierung des Entladungsstroms ausgeführt (S5-S6).
Schließlich werden Umgebungsbedingungen berücksichtigt (S7). Genauer gesagt, wird eine Toleranz für den Entladungsstrom unter Berücksichtigung von Änderungen der Umgebungstemperatur, der Feuchtigkeit usw. in S7 eingestellt.
Der Zweckdienlichkeit der Erläuterung halber erfolgten die Erläuterungen so, als würden die Prozesse in S1 bis S7 in dieser Reihenfolge ausgeführt. Jedoch soll durch die Erfindung nicht die Reihenfolge der Ausführung der beschriebenen Prozesse in S2 bis S6 spezifiziert werden, solange der Prozess in S1 als Erstes ausgeführt wird und der Prozess in S7 als Letzter ausgeführt wird.
Der Prozess in jedem Schritt wird nachfolgend detailliert erläutert.
Als Erstes wird der Prozess zum Optimieren der Form und der Größe des HL-Gehäuses 2a (S1 in der 1) erläutert. Im Anfangsstadium des Konstruierens der MC-Aufladevorrichtung 52 ist es als Erstes erforderlich, Bedingungen zur die Fotoempfängertrommel S1 umgebenden Konstruktion zu klären. Genauer gesagt, ist es erforderlich, für einen Raum eines Aufladeabschnitts unter Berücksichtigung der geringstmöglichen Größe (nachfolgend einfach als Öffnungsweite L_c bezeichnet) zu sorgen, wobei es sich um die Öffnungsweite (mm) des HL-Gehäuses 2a handelt.
Hierbei werden die Prozessgeschwindigkeit (mm/s) und die Filmdicke (μm) des Fotoempfängers durch v_p bzw. t_opc gekennzeichnet. Dann variiert, vorausgesetzt, dass die Prozessgeschwindigkeit v_p fixiert ist, die Korrelation zwischen L_c und v_p abhängig von t_opc so, wie es in der 3 dargestellt ist. Gemäß der 3 kann die Aufladevorrichtung effizient konstruiert werden, wenn die Öffnungsweite L_c innerhalb eines mit massiven Linien schraffierten Bereichs eingestellt wird.
Wenn der Entladungsstrom fixiert wird, ist es erforderlich, die Öffnungsweite L_c des HL-Gehäuses 2a zu erweitern, wenn die Prozessgeschwindigkeit v_p zunimmt; andernfalls wäre zum Aufladen eine längere Zeit erforderlich, und es könnte nicht gewährleistet werden, dass die Oberfläche des Fotoempfängers schnell auf ein vorbestimmtes elektrisches Ladepotenzial aufgeladen wird. Daher ist es erforderlich, die Öffnungsweite L_c proportional zur Prozessgeschwindigkeit v_p zu erhöhen. Außerdem wird auch die Filmdicke t_opc der Fotoempfängertrommel 51 durch die Ladeeigenschaften beeinflusst.
Das heißt, dass die zum Aufladen der Fotoempfängertrommel 51 erforderliche Zeit umso kürzer ist, je dicker der Film der Fotoempfängertrommel 51 ist, da auf ihm eine größere Anzahl von Ladungen festgehalten werden kann (es ist eine Art Kondensator erzeugt). Dies erlaubt einen niedrigeren Entladungsstrom und eine Verringerung des Installationsraums. Ferner bietet ein dickerer Film der Fotoempfängertrommel 51 ein weiteres günstiges Merkmal dahingehend, dass die Öffnungsweite L_c verringert werden kann.
Die 3 zeigt die L_c-v_p-Charakteristik bei fixiertem Entladungsstrom I_p von –400 μA für Filmdicken t_opc der Fotoempfängertrommel 51 von 17 μm (Charakteristik A) und 35 μm (Charakteristik B). Die Filmdicke wurde unter der Annahme eingestellt, dass sie für Massen hergestellte OPC-Trommeln im Bereich von ungefähr 17 μm bis 35 μm liegt. Hierbei ist I_p = –400 μA der größtmögliche Entladungsstrom gemäß der Korrelation zwischen der erzeugten Ozonmenge und dem Entladungsstrom T. Wenn der Entladungsstrom I_p größer als –400 μA wird, würde die erzeugte Ozonmenge zu einem Problem.
Bei einer Öffnungsweite L_c ist es unter der Bedingung I_p = –400 μA wesentlich, wie es aus der 3 erkennbar ist, für eine Länge zu sorgen, die zumindest einen Wert (unterer Grenzwert) auf einer geraden Linie A im Anfangszustand des Konstruierens der HL-Aufladevorrichtung 52 entspricht. Um den Entladungsstrom herabzudrücken, ist es wirkungsvoll, die Öffnungsweite L_c zu erhöhen. Jedoch ist es im Fall eines Kopiergeräts mit hoher Prozessgeschwindigkeit v_p nicht ausreichend, die Öffnungsweite L_c größer zu machen. Das heißt, es ist wesentlich, eine Optimierung zum Absenken des Entladungsstroms I_p unter Berücksichtigung sowohl der Öffnungsweite L_c als auch der Filmdicke der Fotoempfängertrommel 51 vorzunehmen.
Der Grund zum Verwenden der Bedingung I_p = –400 μA wird nachfolgend unter Berücksichtigung der Korrelation zwischen dem Entladungsstrom und der erzeugten Ozonmenge erläutert.
In einem Kopiergerät wird durch eine Aufladeeinheit wie die HL-Aufladevorrichtung, die Übertragungs-Aufladevorrichtung usw., die beim Aufladeprozess einen Hochspannungstransformator verwendet, ein Entladungsstrom erzeugt. Jedoch führt der Entladungsstrom zur Erzeugung von Ozon. Ferner ist es bekannt, dass die erzeugte Ozonmenge für jede Aufladevorrichtung proportional zum Ausgang des Stroms I_OUT ist. In jüngerer Zeit werden die Standarderfor dernisse hinsichtlich der erzeugten Ozonmenge angesichts Umweltbedenken, hauptsächlich in Europa, immer strenger. Für eine derartige Tendenz zum Einschränken des erzeugten Ozons ist der Standard des blauen Engels in Deutschland repräsentativ, und in jüngerer Zeit wurden von einigen Ländern, hauptsächlich in Nordeuropa, noch strengere Einschränkungen aufgestellt. Daher ist es wesentlich, die Menge erzeugten Ozons zu minimieren, um verschiedenen Standarderfordernissen zu genügen und eine Beeinträchtigung des Fotoempfängers zu verhindern, die zu Schwierigkeiten bei der Qualität kopierter Bilder führen kann.
Es wurde die Abhängigkeit der Menge erzeugten Ozons vom Ausgangsstrom (Entladungsstrom) IOUT gemessen, und es wurden die in der 4 dargestellten Ergebnisse erhalten. Wie es aus der 4 ersichtlich ist, ist es zum Erfüllen des Blauer-Engel-Standards (die tolerierbare Menge erzeugten Ozons befindet sich innerhalb von 0,04 mg) erforderlich, den Gesamtentladungsstrom im Kopiergerät auf nicht mehr als ungefähr –700 μm zu verringern. Insbesondere würde, wenn nur die HL-Aufladevorrichtung betrachtet wird, da der ihr zugeführte Entladungsstrom ungefähr 60% des gesamten Entladungsstroms im Kopiergerät ausmacht, der obere Grenzwert für den Entladungsstrom der Aufladevorrichtung ungefähr –400 μA betragen.
Als Nächstes wird der obere Grenzwert für die Öffnungsweite L_c erläutert. Die Entladungseigenschaften der Entladungselektrode mit sägezahnförmigen Entladungsspitzenabschnitten genügen der folgenden Gleichung (1): (Ip/N) = (Vh – Vth)/Rg (1)wobei N die Gesamtanzahl der Entladungsspitzenabschnitte ist, V_h die an die Entladungselektrode anzulegende Hochspannung ist, V_th die Entladungs-Startspannung ist und R_g eine Raumimpedanz (MΩ) ist.
Die Entladungs-Startspannung V_th variiert, während sie der folgenden Gleichung (2) genügt: Vth = 1,2 + (2Lg)/7 (2)wobei L_g(mm) ein Entladungsspalt ist (Abstand zwischen den Entladungsspitzenabschnitten und der Oberfläche der Fotoempfängertrommel).
Die Raumimpedanz R_g variiert ebenfalls, während sie der folgenden Gleichung (3) genügt: Rg = 11,4(Lg)2 + 1,79(Lg) (3)
Hier ist angenommen, dass die Obergrenze der an die Entladungselektrode 2c angelegten Hochspannung V_h angesichts der Kosten, des Raums usw. 7 kV beträgt, und dass der durch jeden Entladungsspitzenabschnitt fließende Entladungsstrom (I_p/N) nicht kleiner als 0,5 μA ist, und aus den oben genannten Gleichungen (1) bis (3) ergibt sich dann die folgende Bedingung: 0,5 × 10–6 ≤ (Ip/N) = [(7,0 × 103 – (1,2 + 2Lg/7 × 103]/ [(11,4(Lg)2 + 1,79Lg] × 106 und Lg ≤ 15,5 (mm).
Daher beträgt der obere Grenzwert für den Entladungsspalt L_g ungefähr 15,5 (mm).
Außerdem beträgt die Öffnungsweite L_c ungefähr 30 (mm), wenn die folgenden Bedingungen gelten: 0,4 ≤ L_pg/L_c < 0,5 (was später beschrieben wird), L_pg = L_g – L_gr und L_gr 1,0 (mm), wenn L_g = 15,5 gilt. Wenn die Öffnungsweite L_c größer als im angegebenen Bereich eingestellt wird, kann ein Entladungsvorgang nicht stabil ausgeführt werden. Im Allgemeinen ist die zum Aufladen erforderliche Zeit umso länger, je größer die Öffnungsweite L_c ist, und umso wünschenswerter wären die sich ergebenden Aufladeeigenschaften. Unter der Bedingung, dass die angelegte Hochspannung einen oberen Grenzwert von 7 kV aufweist, beträgt jedoch der obere Grenzwert für die Öffnungsweite ungefähr 30 mm.
Als Nächstes wird die Korrelation zwischen der Öffnungsweite L_c und der Prozessgeschwindigkeit v_p erläutert. Wenn für die Prozessgeschwindigkeit v_p ein Initialisierungswert eingestellt wird, ist die minimale Aufladezeit t₀, die dazu erforderlich ist, die Fotoempfängertrommel 51 auf ein vorbestimmtes Potenzial aufzuladen, durch t₀ = L_c/v_p gegeben. Daher ist die Öffnungsweite L_c durch die folgende Gleichung (4) repräsentiert: Lc = t0·vp (4)
Hierbei kann bei einem vorgegebenen Entladungsstrom I_p = –400 μA der Wert t₀ auf die folgende Weise erhalten werden.
Auf Grundlage der in der 6 dargestellten Simulationsschaltung wurden der Strom I_d und der in der Fotoempfängertrommel 51 fließende Entladungsstrom I_p gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind dergestalt, wie es in der 17 dargestellt ist. Als Fotoempfängertrommel 51 wurde ein Aluminiumrohr verwendet, und der Versuch wurde unter den folgenden Bedingungen ausgeführt: Öffnungsweite L_c = 13 (mm), Entladungsspalt L_g = 9,5 (mm), Gitterspalt L_gr = 1,0 (mm) und Gitterspannung V_g = Spannung V_c = –620 (V) am HL-Gehäuse. Im Ergebnis wurde ein Strom I_d durch die Fotoempfängertrommel von ungefähr 66 μA bei I_p = –400 μA erhalten.
Eine Ersatzschaltung zwischen dem Gitter 2d und der Fotoempfängertrommel 51, wie in der 6 dargestellt, ist dergestalt, wie es in der 8 dargestellt ist, wenn das elektrische Ladepotenzial der Fotoempfängertrommel, die elektrostatische Kapazität derselben und der Widerstand durch V_d(t), C bzw. R repräsentiert sind, und auf Grundlage der Ersatzschaltung wird der folgende ungefähre Ausdruck (5) erhalten: Vd(t) = Vg[I – e(–t/CR)] (5)wobei C = ε₀ε₁S/t_opc und R = V_g/I_d gelten, wobei ε₀ die Dielektrizitätskonstante im Vakuum ist, ε₁ die relative Dielektrizitätskonstante der Fotoempfängertrommel ist, t_opc die Filmdicke (μm) des Fotoempfänger ist und S die Aufladungsfläche (mm²) ist.
Ferner ergibt sich, wenn V_g = –620 V, ε₀ = 8,855 × 10^–12, ε₁ = 3,88, t_opc = 17 × 10^–6 und S = 13 (mm) × 210 (mm) angenommen werden, für CR der Wert ε₀ε₁SV_g/(t_opcI_d) ≈ 51,83 × 10^–3 gegeben sind, und die angenäherte Gleichung (5) im in der 9 dargestellten Diagramm wiedergegeben werden kann.
Gemäß der 9 beträgt die Zeit t₀, die dazu erforderlich ist, die Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 so aufzuladen, dass sie ein vorbestimmtes elektrisches Strompotenzial V_s = –600 (V) aufweist, t₀ ≈ 178 (ms). Wenn t₀ = 178 in die Gleichung (4) eingesetzt wird, ergibt sich L_c = 178 × 10^–3·v_p, wodurch die in der 3 dargestellte gerade Linie A erhalten wird.
Auf ähnliche Weise ergibt sich für CR der Wert ε₀ε₁SV_g/(t_opcI_d) 25,17 × 10^–3 wenn in der Gleichung (5) angenommen wird, dass Folgendes gilt: V_g = –620 V, ε₀ = 8,855 × 10^–12, ε₁ = 3,88, t_opc = 35 × 10^–6 und S = 13 (mm) × 210 (mm), wenn I_do = 66 μA gilt. In diesem Fall beträgt die Zeit t₀, die dazu erforderlich ist, die Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 so aufzuladen, dass sie das vorbestimmte elektrische Trommelpotenzial V_s = –600 (V) aufweist, t₀ 86,4 (ms). Wenn t₀ = 86,4 × 10^–3 in die Gleichung (4) eingesetzt wird, ergibt sich L_c = 86,4 × 10^–3·v_p wodurch die in der 3 dargestellte gerade Linie B erhalten wird.
Daher bietet in der 3 das durch die gerade Linie A und die gerade Linie L_c = 30 umgebene Gebiet eine optimale Kombination für die Öffnungsweite L_c und die Prozessgeschwindigkeit V_p.
Mit der üblichen Filmdicke t_opc wird die Zeit t₀, die dazu erforderlich ist, die Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 bis auf das vorbestimmte elektrische Trommelpotenzial von V_S = –600 (V) aufzuladen, als t₀ = ln(1 – (600/620)) × (ε₀ε₁SV_g/(t_OPCI_do) ≈ 3,02 × 10 – 6/tOPC. Dann wird der sich ergebende Wert t₀ in die Gleichung (4) eingesetzt, und es ergibt sich L_c = 3,02 × 10^–6·v_p/t_OPC. Daher kann im Allgemeinen durch Einstellen der Öffnungsweite L_c, der Prozessgeschwindigkeit v_p und der Filmdicke t_OPC innerhalb des durch L_c = 3,02 × l0 und die gerade Linie L_c = 30 umgebenen Gebiets der Aufladevorgang prompter gestartet werden, und der Entladungsvorgang kann immer stabil ausgeführt werden, wodurch die Oberfläche des Fotoempfängers gleichmäßig geladen wird.
Wie beschrieben, kann in S2 nach dem Einstellen der Öffnungsweite L_c des HL-Gehäuses 2a und des Abstands L_pg zwischen den Entladungsspitzenabschnitten und dem Gitter 2d eine Optimierung der Gitterbedingungen ausgeführt werden. Das heißt, dass die Korrelation zwischen dem Gitterspalt (Abstand zwischen dem Gitter 2d und der Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51) und der Gitterschrittweite in S2 auf herkömmliche Weise eingestellt wird.
Als Erstes wird die Korrelation zwischen der Spitze-Spitze-Schrittweite der Entladungsspitzenabschnitte (sägezahnförmiger Abschnitt) und den Entladungsspalt (Abstand zwischen den Entladungsspitzenabschnitten und der Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51) erläutert. Die 10 ist eine erläuternde Ansicht, die die Struktur der sägezahnförmigen Aufladevorrichtung mit Entla dungsspitzenabschnitten zeigt. In der sägezahnförmigen Aufladevorrichtung wird zwischen die Entladungsspitzenabschnitte und die Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 bei einem Entladungsspalt L_g (mm) zwischen diesen eine vorbestimmte Anlegespannung V_h angelegt. Von der Entladungselektrode 62 fließt ein Entladungsstrom I_p (Coronastrom) in die Fotoempfängertrommel 51. In diesem Zustand ist die I_p-V_h-Charakteristik dergestalt, wie es in der 11 dargestellt ist, und der Entladungsstrom I_p ist näherungsweise durch die folgende Gleichung (7) gegeben: Ip = kVh(Vh – V0) (7)wobei k eine Proportionalitätskonstante ist und V₀ die Grenzspannung zum Starten der Coronaentladung ist.
Wenn jedoch der Entladungsstrom auf den praxisgerechten Bereich (nicht weniger als 0,5 μA pro Stift) beschränkt wird, zeigt, wie es aus der 11 ersichtlich ist, die Charakteristik gemäß der Gleichung (7) ausreichend lineare Eigenschaften, und sie kann an eine gerade Linie angenähert werden. Daher wird der Schnitt zwischen der geraden Linie und der Spannungsachse V_h in der 11 als Entladungs-Startspannung V_th definiert. Das heißt, dass die Entladungselektrode 62 eine solche Entladungsstart-Charakteristik aufweist, dass dann, wenn die Anlegespannung V_h die Entladungs-Startspannung V_th überschreitet, die Erzeugung der Coronaentladung von den Entladungsspitzenabschnitten beginnt und der Entladungsstrom Ip proportional zur Zunahme der Anlegespannung V_h zu steigen beginnt.
Wenn die Ersatzschaltung pro Stift betrachtet wird, wobei der Effekt des Raums durch eine konzentrierte Konstante der Raumimpedanz R_g wiedergegeben wird, wird die in der 12 dargestellte Ersatzschaltung erhalten. Aus dieser Ersatzschaltung wird die folgende Gleichung (8) erhalten: Ip/N = (Vh – Vth)/Rg (8)wobei N die Anzahl der Entladungsspitzenabschnitte (Sägezähne) ist.
Hierbei ist es erforderlich, die erzeugte Ozonmenge durch Verringern des Entladungsstroms I_p zu minimieren.
Nachfolgend wird die Optimierung des Entladungsstroms I_p unter Bezugnahme auf die 13 erläutert.
Wenn die Spitze-Spitze-Schrittweite P der Entladungsspitzenabschnitte klein ist, zeigen die elektrischen Felder benachbarter Entladungsspitzenabschnitte Wechselwirkung, was Unregelmäßigkeiten bei der Entladung hervorruft. Wenn dagegen die Spitze-Spitze-Schrittweite der Entladungsspitzenabschnitte groß ist, tritt zwischen der Nachbarschaft der Entladungsspitzenabschnitte und anderen Abschnitten eine große Differenz in der Entladungsspannung auf, was zu Unregelmäßigkeiten der Entladung führt. In ähnlicher Weise treten Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials auf, wenn der Entladungsspalt L_g klein ist, da die Fotoempfängertrommel 51 örtlich geladen wird. Wenn dagegen der Entladungsspalt L_g groß ist, kann keine Entladung ausgeführt werden, solange nicht die Anlegespannung V_h größer eingestellt wird, wodurch sich das Problem ergibt, dass die Vorrichtung größer wird.
Hinsichtlich der jeweiligen Kombinationen der Spitze-Spitze-Schrittweite P der Entladungsspitzenabschnitte (1 (mm), 2 (mm), 3 (mm) und 4 (mm) und des Entladungsspalts L_g (6 (mm) bis 10 (mm)) wurde der kleinstmögliche Entladungsstrom I_p gemessen, der Halbton-Gleichmäßigkeit gewährleistet, und es wurden die in der 13 dargestellten Ergebnisse erhalten. Die Ergebnisse zeigen, dass ein Optimum L_g/P zum Minimieren des Entladungsstroms I_p existiert. Die in der 13 dargestellte Kurve kann durch die folgende Gleichung (9) angenähert werden: Ip = [–89((Lg/P) – 4,5)2 – 295] (9)
Wenn berücksichtigt wird, dass die meisten Aufladevorrichtungen so eingestellt werden, dass sie einen Entladungsspalt L_g von ungefähr 10 (mm) aufweisen, kann der Entladungsstrom I_p dadurch minimiert werden, dass die Spitze-Spitze-Schrittweite P der Entladungsspitzenabschnitte für die Entladung auf ungefähr 2 (mm) eingestellt wird. Wenn angenommen wird, dass der obere Grenzwert für den Entladungsstrom –700 μA beträgt (durch einen Hochspannungstransformator zur Verwendung bei der Entladung usw. bestimmt), ergibt sich aus der Gleichung (9) ein unterer Grenzwert I_p = –700. Daher ist das durch die Gleichung (9) und die Kurve (9) umgebene Gebiet ein effektives Gebiet zum Erhalten einer gleichmäßigen Aufladung.
Wie beschrieben, kann, da der Entladungsstrom I_p auf einen kleinen Wert, d. h. im Bereich von nicht mehr als –700 (μA) eingestellt wird, die Größe des Hochspannungs-Erzeugungsabschnitts 63 verringert werden, wodurch die Größe der Aufladevorrichtung verringert wird. Darüber hinaus können Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials auf der Fotoempfängertrommel 51 sicher verhindert werden, da die Entladung stabil ausgeführt werden kann. Das gewünschte Merkmal, dass nämlich der Entladungsstrom I_p klein, d. h. im Bereich von nicht mehr als –700 μA eingestellt wird, bietet den Effekt einer Verringerung der erzeugten Ozonmenge, und es kann eine Aufladevorrichtung erhalten werden, die verschiedenen Standardbedingungen genügt. Hierbei ist es bevorzugt, die Schrittweite P so einzustellen, dass sie dem Wert des Abstands L_g nach dem Bestimmen von L_g/P entspricht, da beim Konzipieren der Aufladevorrichtung verschiedene Parameter innerhalb einer kurzen Zeitperiode effizient bestimmt werden können.
Wenn die Aufladevorrichtung konzipiert wird und für Raum zum Installieren derselben gesorgt ist, kann der optimale Wert P nach dem Bestimmen von L_g nach dem Bestimmen des Verhältnisses (L_g/P) eingestellt werden. Im Ergebnis können, wenn die Aufladevorrichtung konzipiert wird, verschiedene Parameter effizient innerhalb einer kurzen Zeitperiode bestimmt werden. Wenn dagegen die Schrittweite P fixiert wird, kann der erforderliche Installationsraum für die Aufladevorrichtung auf Grundlage der Schrittweite P ermittelt werden.
Nun wird die Korrelation zwischen dem Entladungsstrom und der erzeugten Ozonmenge erläutert. Je größer der Entladungsstrom I_p ist, desto stabiler wird die Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 geladen; umso größer ist jedoch die erzeugte Ozonmenge. Andererseits ist die erzeugte Ozonmenge umso kleiner, je kleiner der Entladungsstrom I_p ist; jedoch wird der Entladungsvorgang nicht stabil ausgeführt.

Die Korrelation zwischen den Messwerten für die erzeugte Ozonmenge, dem Entladungsstrom und verschiedenen Standarderfordernissen ist in der Tabelle 1 zusammengefasst. Die in der Tabelle 1 dargestellten Werte wurden auf Grundlage der Messwerte in einer Aufladevorrichtung gemäß dem Drahtsystem, einem Umsetzungswert gemäß dem UL-Standard und zugehörigen umgesetzten Werten gemäß dem BA-Standard (Blue Angle = Blauer Engel) erhalten. Genauer gesagt, betragen, wenn der Messwerte 0,195 (PPM) beträgt, die umgesetzten Werte desselben gemäß dem UL- und dem BA-Standard 0,065 (PPM) bzw. 0,082 (mg/m³). Außerdem gelten die in den BA-Standard umgesetzten Werte für eine Temperatur von 25°C und eine relative Feuchtigkeit von 50%. TABELLE 1

Entladungsstrom T (μA)	Erzeugte Ozonmenge			Temp.(°C) und rel. Feucht. (%) bei der Messung
	Messwerte	UL-Umsetzung	BA-Umsetzung
	(PPM)	(PPM)	(mg/m³)
–100	0,011	0,0037	0,0050	23°C, 24%
–200	0,021	0,0070	0,0097	22,7°C, 22%
–300	0,034	0,0113	0,016	22,6°C, 23%
–350	0,040	0,0130	0,017	22,6°C, 23%
–400	0,047	0,0157	0,022	22,5°C, 23%

Wie es aus der Tabelle 1 ersichtlich ist, ist es zum Herabdrücken der erzeugten Ozonmenge, um dem Standardpegel zu genügen, erforderlich, den Entladungsstrom auf nicht mehr als –400 μA einzustellen. Daher ist, bei einer Obergrenze von I_p = –400, das durch die Gleichung (9) und die Kurve (9) umgebene Gebiet ein effektives Gebiet zum Erzielen einer gleichmäßigen Aufladung.
Durch Einstellen des Entladungsstroms I_p im Bereich von nicht mehr als 400 (μA) kann die Größe des Hochspannungs-Erzeugungsabschnitts 63 noch weiter verringert werden, wodurch die Größe der Aufladevorrichtung 63 weiter verringert wird. Indessen können verschiedene Einschränkungen hinsichtlich des Designs der Aufladevorrichtung gelindert werden, und es kann ein größerer Freiheitsgrad beim Konzipieren der Aufladevorrichtung erzielt werden, wobei für eine ausreichende Lösung der Umweltprobleme gesorgt ist. Darüber hinaus können Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials an der Oberfläche des Fotoempfängers weiter herabgedrückt werden. Hierbei kann, wenn der Entladungsstrom I_p auf nicht mehr als –400 μA eingestellt wird, die erzeugte Ozonmenge auf ein vernachlässigbares Niveau gesenkt werden, und aus der herkömmlichen Anordnung kann der Ozonfilter weggelassen werden. Hierbei ist es bevorzugt, die Schrittweite P entsprechend dem Abstand L_g einzustellen, nachdem das Verhältnis L_g/P festgelegt wurde, da verschiedene Parameter innerhalb einer kurzen Zeitperiode effizient bestimmt werden können.
Nun wird eine Optimierung für das Verteilungsverhältnis des Entladungsstroms (in S4) erläutert. Im Allgemeinen besteht die Tendenz, dass Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials umso kleiner sind, je größer der Gitterstrom I_g ist, im Vergleich zum Fall, in dem der Gehäusestrom I_c größer ist. Das heißt, dass durch Erhöhen des Gitterstroms I_g der in der Fotoempfängertrommel 51 fliegende Trommelstrom I_d stabilisiert werden kann. Andererseits wird durch Erhöhen des Gehäusestroms I_c der Gitterstrom I_g und auch der Trommelstrom I_d gesenkt, und der Letztere wird instabil.
Unter Bezugnahme auf die 14 bis 17 wird die Korrelation zwischen dem Gitterstrom I_g, dem Gehäusestrom I_c, dem Trommelstrom I_d und der Gehäusespannung V_c am Abschirmungsgehäuse bei konstantem Entladungsstrom I_d erläutert.
Wie es in der 14 dargestellt ist, kann im Gebiet, in dem der Gitterstrom I_g kleiner als der Trommelstrom I_d ist (als (A) in der 14 dargestellt) die Gittersteuerung nicht zweckdienlich ausgeführt werden, und es kann keine Gleichmäßigkeit der Ladung aufrechterhalten werden, wodurch sich das Problem ergibt, dass es wahrscheinlich ist, dass Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials auftreten. In diesem Gebiet ist, da der Gitterstrom I_g klein ist, auch der Trommelstrom I_d klein, und es kann kein stabiles elektrisches Ladepotenzial erzielt werden. Darüber hinaus rufen die instabilen Bedingungen des Trommelstroms I_d auch Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials hervor.
Im durch (B) in der 14 dargestellten Gebiet fließt kaum ein Gehäusestrom I_c, und die Ladung auf der Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 wird ungleichmäßig, wodurch sich das Problem ergibt, dass es wahrscheinlich ist, dass Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials auftreten.
Im durch (C) in der 14 dargestellten Gebiet ist zwar der Gehäusestrom I_c klein, jedoch ist der Gitterstrom I_g groß, um den kleinen Gehäusestrom zu kompensieren. Daher treten keine Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials auf. Hierbei kann für ein gleichmäßiges Aufladen gesorgt werden, da der Trommelstrom I_d unter stabilen Bedingungen fließt.
Im durch (D) in der 14 dargestellten Gebiet ist zwischen dem Gehäusestrom I_c und dem Gitterstrom I_g für ein Gleichgewicht gesorgt und ein Entladungsvorgang wird stabil ausgeführt, wodurch für Gleichmäßigkeit des Aufladens gesorgt ist. So kann eine gewünschte Bildqualität erzielt werden, wenn in diesem Gebiet ein Bild erzeugt wird.
Wie beschrieben, kann der Trommelstrom I_d durch Erhöhen des Gitterstroms I_d stabilisiert werden. Andererseits nimmt beim Erhöhen des Gehäusestroms I_c der Trommelstrom I_d und auch der Gitterstrom I_g ab, weswegen der Trommelstrom I_d instabil wird. Unter Berücksichtigung des Vorstehenden ist es, um Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials zu verhindern, wirkungsvoll, eine solche Einstellung vorzunehmen, dass die Bedingung erfüllt ist, dass der Gitterstrom I_g größer als der Gehäusestrom I_c ist.
Die 15 zeigt Messergebnisse zum Gitterstrom I_g, zum Gehäusestrom I_c, zum Trommelstrom I_d und zur Gehäusespannung V_c am Abschirmungsgehäuse, wenn die Gitterspannung V_g bei einem konstanten Entladungsstrom Ip von –300 μA auf –620 eingestellt ist. Die 16 zeigt Messergebnisse zum Gitterstrom I_g, zum Gehäusestrom I_c, zum Trommelstrom I_d und zur Gehäusespannung V_c am Abschirmungsgehäuse, wenn die Gitterspannung V_g bei einem konstanten Entladungsstrom I_p von –200 μA auf –620 eingestellt ist. Die 17 zeigt Messergebnisse zum Gitterstrom I_g, zum Gehäusestrom I_c, zum Trommelstrom I_d und zur Gehäusespannung V_c am Abschirmungsgehäuse, wenn die Gitterspannung V_g bei einem konstanten Entladungsstrom I_p von –140 μA auf –620 eingestellt ist. In den schraffierten Gebieten in den 14 bis 16 treten kaum Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials auf. Wie es aus den 14 bis 16 ersichtlich ist, ist das Gebiet, in dem kaum Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials auftreten, umso größer, je größer der Entladungsstrom I_p ist. Dagegen ist das Gebiet, in dem kaum Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials auftreten, umso kleiner, je kleiner der Entladungsstrom I_p ist.
Für die Aufladevorrichtung mit der in der 18 dargestellten Struktur wurden der Gitterstrom I_g und der im Abschirmungsgehäuse fließenden Gehäusestrom I_c beim Zuführen des Entladungsstroms I_p (Summe der von den Entladungsspitzenabschnitten zur Fotoempfängertrommel 51 fließenden Ströme) (siehe die 14 bis 16) und die Gleichmäßigkeit einer Kopie abhängig von jedem Wert I_g/I_c gemessen (durch Prüfen des Ausmaßes von Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials bei einer Halbtonkopie). Im Ergebnis wurde ein Entladungs stromwert gemessen, der es erlaubt, ein insgesamt hohes Qualitätsniveau aufrechtzuerhalten, ohne dass Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials erzeugt werden.
Aus den Messergebnissen ist es erkennbar, dass die Werte auf der geraden Linie AB den oberen Grenzwert für den Entladungsstrom angeben, um für ein hohes Qualitätsniveau zu sorgen, ohne dass Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials erzeugt werden, während die Werte auf der geraden Linie AC die unteren Grenzwerte für den Entladungsstrom angeben, um für ein hohes Qualitätsniveau zu sorgen, ohne dass Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials erzeugt werden, wie in der 19 dargestellt. Die gerade Linie AB und die gerade Linie AC sind durch die folgenden Formeln (10) bzw. (11) wiedergebbar: log(Ig/Ic) = –8,78 × 10–3Ip – 0,54 (10) log(Ig/Ic) = 5 × 10–3Ip + 0,68 (11)
Der Entladungsstrom I_p ist durch die Summe des Gitterstroms I_g, des Gehäusestroms I_c und des durch die Fotoempfängertrommel 51 fließenden Stroms gegeben. Jedoch variieren die Stabilität des Entladungspegels und das Ausmaß von Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials an der Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 abhängig vom Verhältnis I_g/I_c. Das heißt, dass dann, wenn der Entladungsstrom I_p groß ist, die Oberfläche des Fotoempfängers gleichmäßig geladen wird (der Effekt des Verhältnisses (I_g/I_c) ist klein; jedoch nimmt die Menge erzeugten Ozons zu. Andererseits nimmt die Menge erzeugten Ozons ab, wenn der Entladungsstrom I_p klein ist; jedoch beeinflussen der Absolutwert des Gitterstroms I_p und des Gehäusestroms I_c sowie das Verhältnis I_g/I_c die Gleichmäßigkeit der Aufladung in starker Weise (siehe die 19).
Gemäß der 19 kann durch Einstellen des Entladungsstroms I_p auch einen kleinen Wert, d. h. im Bereich von nicht mehr als –700 μA, der Hochspannungs-Erzeugungsabschnitt 63 (Hochspannungstransformator) klein gehalten werden, wodurch eine Verkleinerung der Aufladevorrichtung möglich ist. Darüber hinaus kann ein Entladungsvorgang stabil ausgeführt werden. Das Merkmal, dass der Entladungsstrom I_p klein eingestellt wird, d. h. im Bereich von nicht mehr als –700 μA, bietet einen anderen Effekt dahingehend, dass die Menge erzeugten Ozons gesenkt werden kann. Ferner werden der Gitterstrom I_g und der Gehäusestrom I_c auch als Parameter angesehen, und diese Parameter werden so ausge wählt, dass sie in einen Bereich fallen, der durch I_p = –700, die gerade Linie AB und die gerade Linie AC (durch das Dreieck ABC gezeigter Bereich) umgeben ist. Daher kann, bei normalen Umgebungsbedingungen, gleichmäßige Entladung aufrechterhalten werden, und Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials können sicher verhindert werden.
Es ist bevorzugt, den Entladungsstrom I_p aus den oben genannten Gründen auf nicht mehr als –400 (μA) einzustellen. Das heißt, dass dann, wenn die jeweiligen Werte für den Entladungsstrom I_g, I_c und I_p so eingestellt werden, dass sie in den durch I_p = –400, die gerade Linie AB und die gerade Linie AC umgebenen Bereich (in den durch das Dreieck AEF dargestellten Bereich) fallen, der Hochspannungs-Erzeugungsabschnitt 63 klein ausgebildet werden kann, wodurch eine Verringerung der Größe der Aufladevorrichtung möglich ist. Außerdem kann aus der herkömmlichen Aufladevorrichtung ein Ozonfilter weggelassen werden, da die erzeugte Ozonmenge auf ein vernachlässigbares Niveau gesenkt werden kann. Dies erlaubt breitere Designmöglichkeiten, da mehr Raum verfügbar wird, und es ist auch möglich, verschiedenen Standards zu genügen, die hinsichtlich der erzeugten Ozonmenge aufgestellt sind. Außerdem kann für Gleichmäßigkeit des Entladungsvorgangs bei normalen Umgebungsbedingungen gesorgt werden. Im Ergebnis kann die Erzeugung von Unregelmäßigkeiten des Ladepotenzials an der Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 sicher verhindert werden.
Die gerade Linie AB und die gerade Linie AC zeigten die Messergebnisse bei normalen Umgebungsbedingungen (Umgebungstemperatur von 20°C und relative Feuchtigkeit von 55%). Jedoch kann die Aufladevorrichtung bei verschiedenen Umgebungsbedingungen verwendet werden. Daher ist es bevorzugt, dass die Aufladevorrichtung auch bei kritischen Umgebungsbedingungen (Umgebungstemperatur von 35°C und relative Feuchtigkeit von 85%) korrekt betreibbar ist. Diese kritischen Umgebungsbedingungen werden unten näher beschrieben.
Hinsichtlich der Aufladevorrichtung mit der in der 18 dargestellten Konstruktion wurde die Gleichmäßigkeit eines kopierten Bilds abhängig vom Verhältnis I_g/I_c bei kritischen Umgebungsbedingungen auf dieselbe Weise wie bei den bei normalen Umgebungsbedingungen ausgeführten Messungen gemessen. Im Ergebnis wies der beobachtete Wert für den Entladungsstrom insgesamt ein ausreichendes Niveau auf, um für ein hohes Qualitätsniveau kopierter Bilder zu sorgen, ohne dass Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials vorlagen.
Wie es in der 19 dargestellt ist, zeigt, gemäß den Messergebnissen, ein Wert auf der geraden Linie DE einen oberen Grenzwert für den Entladungsstrom hinsichtlich aller Entladungsströme I_p an, die für hohes Qualitätsniveau sorgen ohne dass Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials auftreten, während ein Wert auf der geraden Linie DF einen unteren Grenzwert für den Entladungsstrom hinsichtlich aller Entladungsströme I_p an, die für hohes Qualitätsniveau sorgen ohne dass Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials auftreten. Die gerade Linie DE und die gerade Linie DF sind durch die folgenden Formeln (12) bzw. (13) ausgedrückt: log(Ig/Ic) = –8,78 × 10–3Ip – 2,32 (12) log(Ig/Ic) = 5 × 10–3Ip + 1,68 (13)
Wenn der Entladungsstrom I_p so eingestellt wird, dass er in einen Bereich von mehr als –400 (μA) fällt, und die jeweiligen Werte von I_g, I_c und I_p so ausgewählt werden, dass sie in den durch I_p = –400, die gerade Linie DE und die gerade Linie DF umgebenen Bereich (Bereich, der durch das Dreieck DGH dargestellt ist) fallen, wobei die Parameter I_g und I_c berücksichtigt werden, kann der Hochspannungs-Erzeugungsabschnitt 63 klein bemessen werden, was eine weitere Größenverringerung der Aufladevorrichtung ermöglicht. Außerdem kann aus der herkömmlichen Aufladevorrichtung ein Ozonfilter weggelassen werden, da die erzeugte Ozonmenge auf ein vernachlässigbares Niveau gesenkt werden kann. Dies erlaubt eine breitere Designwahlmöglichkeit, da mehr Raum verfügbar ist, und es ist auch möglich, verschiedenen Standards hinsichtlich der erzeugten Ozonmenge zu genügen. Außerdem kann für Gleichmäßigkeit der Aufladung bei normalen Umgebungsbedingungen gesorgt werden. Im Ergebnis können Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials an der Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 sicher verhindert werden, wodurch eine Aufladevorrichtung erhalten wird, die zuverlässigen Betrieb ermöglicht.
Die 20 zeigt das Verhältnis I_g/I_c ohne Verwendung logarithmischer Wiedergabe bei kritischen Umgebungsbedingungen. Wie es aus der 20 erkennbar ist, kann das Verhältnis (I_g/I_c) auf den Bereich von 1 bis 2 (siehe die 21) konvergiert werden, wenn der Entladungsstrom I_p kleiner gemacht wird. Wenn das Verhältnis (I_g/I_c) nicht mehr als eins beträgt, ist es erforderlich, den Entladungsstrom Ip auf einen großen Wert einzustellen. Daher ist es bevorzugt, das Verhältnis (I_g/I_c) auf größer als eins einzustellen. Andererseits ist es, um für Stabilität der Entladung zu sorgen, wirkungsvoll, den Gehäusestrom I_c und auch den Gitterstrom I_g groß einzustellen. Wenn Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials berücksichtigt werden, wird das Verhältnis (I_g/I_c) vorzugsweise nicht größer als 10 eingestellt. Die 21 ist eine vergrößerte Ansicht eines in der 20 umkreisten Gebiets.
Wie beschrieben, können durch Einstellen des Gitterstroms I_g auf einen größeren Wert als den Gehäusestrom I_c innerhalb des Bereichs 1 < (I_g/I_c ₎ ≤ 10 Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials verhindert werden. Das Verhältnis (I_g/I_c) im beschriebenen Bereich kann dadurch erzielt werden, dass der Gitterstrom I_g z. B. dadurch größer als der Gehäusestrom I_c eingestellt wird, dass eine negative Spannung an das HL-Gehäuse 2a angelegt wird. Dies erlaubt es, die Aufladevorrichtung so zu konzipieren, dass sie günstige Merkmale dahingehend aufweist, dass Gleichmäßigkeit der Entladung aufrechterhalten ist, und Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials an der Oberfläche der Fotoempfängertrommel 54 sicher verhindert werden können.
Nun wird die o.g. Bedingung 0,4 ≤ (L_pg/L_c) < 0,5 erläutert. Diese Bedingung kann wie folgt interpretiert werden. Wenn L_pg, der Abstand zwischen den Entladungsspitzenabschnitten und dem Gitter, groß eingestellt wird, wird die Entladungs-Startspannung V_th groß, was bewirkt, dass die Aufladevorrichtung groß wird. Wenn versucht wird, die Größe der Aufladevorrichtung zu verringern, besteht wegen der Kosten, des Raums usw. ein oberer Grenzwert für die Anlegespannung an der Entladungselektrode, und wenn die Anlegespannung den oberen Grenzwert überschreitet, kann ein Entladungsvorgang nicht stabil ausgeführt werden. Hierbei kann durch Einstellen der Öffnungsweite L_c des HL-Gehäuses 2a das Verhältnis (I_g/I_c) kontrolliert werden. Genauer gesagt, ist, wenn die Öffnungsweite L_c zu groß eingestellt wird, der Gehäusestrom I_c zu verringern, und ein Entladungsvorgang kann nicht stabil ausgeführt werden.
Die jeweiligen Verhältnisse (L_pg/(L_c/2)) und (I_g/I_c) haben die in den 22 und 23 dargestellte Korrelation. Wie es in den 22 und 23 dargestellt ist, nimmt, wenn das Verhältnis (L_pg/(L_c/2)) kleiner als eins wird, das Verhältnis (I_g/I_c) plötzlich zu, und der Gitterstrom I_g nimmt zu. Wenn dagegen das Verhältnis (L_pg/(L_c/2)) größer als eins wird, wird das Verhältnis (I_g/I_c) plötzlich klein, und der Gehäusestrom I_c wird groß. Die 23 ist eine vergrößerte Ansicht des umkreisten Abschnitts in der 22.
Wie beschrieben, ist es bevorzugt, die Bedingung 1 < (I_g/I_c) ≤ 10 zu erfüllen. Daher können durch Einstellen von (L_pg/(L_c/2)) entsprechend dem beschriebenen Bereich, d. h. 0,4 ≤ (L_pg/(L_c) < 0,5 Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials sicher verhindert werden. Wie es in der 22 dargestellt ist, entspricht die Bedingung (I_g/I_c) = 1 der Bedingung (L_pg/(L_c/2)) = 1, während die Bedingung (I_g/I_c) = 10 der Bedingung (L_pg/(L_c/2)) = 0,8 entspricht. Wie beschrieben, kann durch Einstellen der Hälfte des Abstands zwischen den Entladungsspitzenabschnitten und dem Abschirmungsgehäuse entsprechend dem Abstand zwischen den Entladungsspitzenabschnitten und dem Gitter die Gleichmäßigkeit elektrischen Ladepotenzials aufrechterhalten werden und der Entladungsstrom kann gesenkt werden.
Außerdem kann durch Bestimmen des Abstands L_pg und der Öffnung L_c die Form des HL-Gehäuses 2a in gewissem Ausmaß abgeschätzt werden, und ein anschließender Designprozess für die Aufladevorrichtung kann innerhalb einer kurzen Zeitperiode effizient ausgeführt werden. Das heißt, dass dann, wenn entweder L_pg oder L_c gegeben ist, die Form des HL-Gehäuses 2a grob bestimmt wird, um dadurch eine Aufladevorrichtung zu schaffen, die bei einem kleinen HL-Gehäuse 2a anwendbar ist.
Als Nächstes werden eine Optimierung der Gitterspannung und eine Minimierung des Entladungsstroms (S5 und S6) erläutert. Hierbei wird die Gitterspannung V_g unter Berücksichtigung der Aufladezeit T eingestellt (Zeit, die durch Teilen der Öffnungsweite des Abschirmungsgehäuses durch die Prozessgeschwindigkeit erhalten wurde). Das heißt, dass die Gitterspannung V_g als solche Gitterspannung nahegelegt ist, die es erlaubt, die Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 innerhalb der Aufladezeit T auf ein vorbestimmtes elektrisches Ladepotenzial aufzuladen, wobei Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials in einen Bereich nicht über einem vorbestimmten Wert fallen.
Durch Erhöhen der Gitterspannung V_g kann das Aufladen schneller ausgeführt werden und die Zeit zum Erreichen des elektrischen Sättigungspotenzials V_s kann verkürzt werden, um dadurch die Aufladeeigenschaften zu verbessern; jedoch werden die Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials größer. Andererseits können durch Verringern der Gitterspannung die Unregelmäßigkei ten ΔV des elektrischen Ladepotenzials verringert werden. Um das elektrische Sättigungspotenzial V_s auf der Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 zu stabilisieren und um Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials zu unterdrücken, ist es erforderlich, den Entladungsstrom I_p zu erhöhen. Jedoch nimmt durch diese Vorgehensweise im Gegensatz die erzeugte Ozonmenge zu. Unter Berücksichtigung des Vorstehenden ist es erforderlich, die Anlegespannung an das Gitter so einzustellen, dass das Sättigungspotenzial V_s stabilisiert wird und die Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials in einem zulässigen Bereich gehalten werden.
Das Sättigungspotenzial V_s und die Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials der Fotoempfängertrommel 51 wurden abhängig vom Entladungsstrom I_p unter Verwendung der Gitterspannung V_g als Parameter gemessen. Dann sind die beobachteten Werte dergestalt, wie es in der 24 dargestellt ist. Wie es aus der 24 ersichtlich ist, wird, wenn der Entladungsstrom I_p erhöht wird, das Sättigungspotenzial V_s stabilisiert und es können Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials gesenkt werden. Das heißt, es ist erkennbar, dass die Stärke des Entladungsstroms I_p einen starken Effekt auf die Stabilität des elektrischen Ladepotenzials an der Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 hat.
Hierbei ist angenommen, dass in der 24 die Bedingung V_g1 ≥ V_g2 ≥ V_g3 gilt, wobei V_g1, V_g2 und V_g3 jeweilige Gitterspannungen repräsentieren, und dass die Bedingung I_P1 ≤ I_P2 ≤ I_P3 ≤ I_P4 ≤ I_P5, wobei I_P1, I_P2, I_P3, I_P4 und I_P5 den jeweiligen Entladungsstrom repräsentieren.
Wenn die Bedingung V_g = V_g1 (die Gitterspannung ist groß) gilt, ist es zum Stabilisieren des Sättigungspotenzials V_s erforderlich, dass der Entladungsstrom die Bedingung I_P ≥ I_P1 erfüllt. Außerdem ist es zum Unterdrücken der Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials in solcher Weise, dass sie in einen Bereich nicht über einem vorbestimmten Bereich fallen, erforderlich, dass der Entladungsstrom die Bedingung I_P ≥ I_P4 erfüllt. Daher ist es zum Stabilisieren des Sättigungspotenzials V_s und zum Aufrechterhalten der Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials in einem Bereich nicht über einem vorbestimmten Bereich erforderlich, die Bedingung I_P ≥ I_P4 zu erfüllen.
Andererseits muss, wenn die Bedingung V_g = V_g3 (die Gitterspannung ist klein) gegeben ist, zum Stabilisieren des Sättigungspotenzials V_s erforderlich, dass der Entladungsstrom die Bedingung I_P ≥ I_P5 erfüllt. In ähnlicher Weise ist es zum Herabdrücken der Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials in solcher Weise, dass sie in einen Bereich nicht über einem vorbestimmten Wert fallen, erforderlich, die Bedingung I_P ≥ I_P2 zu erfüllen. Daher ist es zum Stabilisieren des Sättigungspotenzials V_s unter Aufrechterhalten der Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials in solcher Weise, dass sie in einen Bereich nicht über einem vorbestimmten Wert fallen, erforderlich, die Bedingung I_P ≥ I_P5 zu erfüllen.
Wie beschrieben, ist es zum Stabilisieren der Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 bevorzugt, den Entladungsstrom I_p zu erhöhen; jedoch nimmt im Gegensatz dazu die erzeugte Ozonmenge zu. Daher ist es zum Verringern des Entladungsstroms I_p z. B. erforderlich, den Entladungsstrom zwischen I_P1 und I_P5 (z. B. I_P ≥ I_P3) einzustellen, um das Sättigungspotenzial V_s zu stabilisieren und die Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials auf einem solchen Wert zu halten, dass sie in einen Bereich nicht über einem vorbestimmten Bereich fallen. Das heißt, dass, in der 24, durch Einstellen der Gitterspannung V_g entsprechend V_g2 der Entladungsstrom I_p minimiert werden kann, während das Sättigungspotenzial V_s stabilisiert wird, und die Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials in einem Bereich nicht über einem vorbestimmten Bereich gehalten werden können.
Wie beschrieben, wird, wenn der optimale Wert für die Gitterspannung V_g bestimmt wird, unter Gitterspannungen, die für Stabilität des elektrischen Sättigungspotenzials V_s an der Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 und für ein zulässiges Niveau der Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials sorgen, eine solche Gitterspannung ausgewählt, die es erlaubt, den Entladungsstrom zu minimieren.
Wie beschrieben, ist es bei der Aufladevorrichtung, wenn der minimale Entladungsstrom zum Aufladen der Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 auf das Sättigungspotenzial V_s und der minimale Entladungsstrom zum Aufrechterhalten von Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials an der Oberfläche des Fotoempfängers innerhalb eines vorbestimmten Niveaus mit I_vsmin bzw. I_dvmin bezeichnet werden, bevorzugt, die Gitterspannung V_g so einzustellen, dass sie der Bedingung I_vsmin≈ I_dvimin genügt. Daher wird, unabhängig von einem kleinen Entladungsstrom, das Sättigungspotenzial V_g stabilisiert, und Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials können in einem Bereich nicht über einem vorbestimmten Niveau gehalten werden. Außerdem kann, da der Entladungsstrom klein eingestellt werden kann, die erzeugte Ozonmenge gesenkt werden und die Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 kann gleichmäßig geladen werden.
Nun werden die Umgebungsbedingungen (S7) erläutert. Es wurde die Korrelation zwischen der absoluten Feuchtigkeit D_H und dem minimalen Entladungsstrom, der zu keinen Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials abhängig von der absoluten Feuchtigkeit D_H führt, gemessen, und es wurden die in der Tabelle 2 angegebenen Ergebnisse erhalten. Die Ergebnisse sind in der 25 aufgetragen. TABELLE 2

Relative Feuchtigkeit (5) 35 55 85

Temperatur (°C) 5 20 35

Absolute Feuchtigkeit (g/m³) 2,38 9,51 33,64

Minimaler Entladungsstrom (μA) –140 –200 –400
In der 25 zeigen eine Temperatur von 20°C und eine relative Feuchtigkeit von 55% die Umgebungsbedingungen NN (normale Temperatur und normale Feuchtigkeit) an, und eine Temperatur von 35°C und eine relative Feuchtigkeit von 85% zeigen kritische Umgebungsbedingungen HH (hohe Temperatur und hohe Feuchtigkeit) an.
Wie es aus der 25 ersichtlich ist, liegen jeweilige Messpunkte auf der geraden Linie I_P = –8,31 D_H–120,2, und durch Zuführen eines Entladungsstroms I_p nicht unter dem Wert auf dieser geraden Linie, können Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials verhindert werden. In der Tabelle 2 entspricht die absolute Feuchtigkeit von 9,51 (g/m³) normalen Umgebungsbedingungen (Umgebungstemperatur von 20°C und relative Feuchtigkeit von 55%), und die absolute Feuchtigkeit von 33,64 (g/m³) entspricht den kritischen Umgebungsbedingungen (Umgebungstemperatur von 35°C und relative Feuchtigkeit von 85%).
Das Verhältnis I_g/I_c in der 19, das abhängig von einer Änderung der absoluten Feuchtigkeit variiert (siehe die strichpunktierte Linie PQ und die gerade Linie PR in der 19), variiert entsprechend der Gleichung I_P = –8,31 D_H–120,2. Das heißt, dass auf eine Änderung der absoluten Feuchtigkeit hin, die gerade Linie PQ zwischen der geraden Linie AB und der geraden Linie DE variiert, wobei sie dieselbe Steigung wie diese beiden Linien AB und DE aufweist. Entsprechend einer Änderung der absoluten Feuchtigkeit variiert die gerade Linie PR zwischen der geraden Linie AC und der geraden Linie DF, mit derselben Steigung wie diese Linien. Die geraden Linien PQ und PR sind durch die folgenden Formeln (14) bzw. (15) gegeben: log(Ig/Ic) = –8,78 × 10–3Ip – (0,07 × DH – 0,16) (14) log(Ig/Ic) = 5 × 10–3Ip + (0,04 × DH + 0,28) (15)
In der 19 zeigen die geraden Linien AB und AC jeweilige Charakteristiken bei normalen Umgebungsbedingungen, und die geraden Linien DE und DF zeigen Charakteristiken bei kritischen Umgebungsbedingungen. Hierbei sind die Gleichungen (14) und (15) für jede absolute Feuchtigkeit erfüllt, und Gleichmäßigkeit der Entladung kann bei jeder Umgebungsbedingung (Umgebungstemperatur und relative Feuchtigkeit) aufrechterhalten werden. Das heißt, dass durch Einstellen der jeweiligen Werte von I_g, I_c und I_p innerhalb des Gebiets, das durch die geraden Linien umgeben ist, die sich durch Einsetzen der gewünschten absoluten Feuchtigkeit D_H in die Gleichungen (14) und (15) sowie durch I_p = –400 (μA) ergeben, Gleichmäßigkeit der Entladung bei jeder Umgebungsbedingung von den normalen Umgebungsbedingungen bis zu den kritischen Umgebungsbedingungen aufrechterhalten wird und Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials an der Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 sicher verhindert werden können.
In diesem Fall kann, wenn der Entladungsstrom I_p klein, d. h. in einem Bereich von nicht mehr als –400 (μA) eingestellt wird, die erzeugte Ozonmenge auf ein vernachlässigbares Niveau gesenkt werden, und der Hochspannungs-Erzeugungsabschnitt 63 kann klein aufgebaut werden, was eine Größenverringerung der Aufladevorrichtung erlaubt. Außerdem kann der Entladungsvorgang sta bil ausgeführt werden. Daher kann aus der herkömmlichen Aufladevorrichtung ein Ozonfilter weggelassen werden, und es kann eine Aufladevorrichtung erhalten werden, die verschiedenen Standardbedingungen genügt, die hinsichtlich der erzeugten Ozonmenge erstellt wurden.
Nun wird eine Optimierung des Gitterstroms I_g, des Gehäusestroms I_c und des Trommelstroms I_d erläutert. Je größer der Entladungsstrom I_p ist, desto stabiler kann der Entladungsvorgang ausgeführt werden und umso mehr werden Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials an der Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 unterdrückt; jedoch nimmt im Gegensatz die Menge erzeugten Ozons zu. Der Entladungsstrom I_p sowie I_c variieren abhängig von L_pg/L_c, d. h. dem Verhältnis des Abstands L_pg zwischen dem Gitter und den Entladungsspitzenabschnitten zum Abstand L_c zwischen dem HL-Gehäuse 2a und den Entladungsspitzenabschnitten. Andererseits wird I_d unabhängig vom Verhältnis L_pg/L_c konstant gehalten. Unter Berücksichtigung des Obigen ist es zum Ausführen eines gleichmäßigen Entladungsvorgangs ohne Erhöhen der Größe der gesamten Aufladevorrichtung erforderlich, eine spezielle Korrelation zwischen I_g, I_c und I_d zu erfüllen.
Bei der in der 26 dargestellten Anordnung einer Aufladevorrichtung ist angenommen, dass der Abstand L_gr zwischen der Fotoempfängertrommel 51 und dem Gitter 2d (Gitterspalt) auf 1 mm eingestellt ist und der Abstand L_pg zwischen dem Gitter 2d und dem Entladungsspitzenabschnitt sowie der Abstand zwischen dem Entladungsspitzenabschnitt und dem HL-Gehäuse 2a durch L_pg bzw. L_c bezeichnet sind. Dann ist der Entladungsstrom I_p durch die folgende Formel (16) gegeben, wenn keine Streuentladung erzeugt wird: Ip = Ig + Ic + Id (16)
Hierbei wurden bei zugeführtem konstantem Entladungsstrom I_p (–140 μA und –180 μA) die jeweiligen Änderungen von I_g, I_c und I_d mit variablen Parametern L_pg und L_c des HL-Gehäuses 2a gemessen. Dann wurden die in der 27 dargestellten Ergebnisse erhalten. Wie es in der 27 dargestellt ist, variieren die jeweiligen Parameter I_g und I_c entsprechend dem Verhältnis (L_pg/l_c), und diese Änderungen beeinflussen die Ladeeigenschaften der Fotoempfängertrommel 51 in starker Weise. Jedoch wird für I_d keine deutliche Änderung beobachtet, sondern es zeigt sich ein im Wesentlichen konstanter Wert.
Die 28 zeigt Messergebnisse, die nahelegen, wie Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials bei einem zugeführten Entladungsstrom I_p = –400 μA abhängig von L_pg/l_c variieren. Wie es aus der 28 ersichtlich ist, sind Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials minimiert, wenn das Verhältnis (L_pg/l_c) auf ungefähr 1,1 eingestellt wird. Wenn jedoch nur der praxisgerechte Bereich, in dem die Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials nicht mehr als 30 V betragen, in Betracht gezogen wird, ist es bevorzugt, dass die jeweiligen Parameter so eingestellt werden, dass die Bedingung 0,8 ≤ (L_pg/l_c) ≤ 1,35 erfüllt ist.
Die 29 zeigt die Messergebnisse zur Gleichmäßigkeit des Aufladens, wenn das Verteilungsverhältnis für die Ströme zwischen I_g, I_c und I_d abhängig von variablen Parametern Lpg und l_c des HL-Gehäuses 2a variiert wird. Wie es aus der 29 ersichtlich ist, variiert der minimale Entladungsstrom I_p, der zum Erzielen einer gleichmäßigen aufladung erforderlich ist, abhängig vom Verhältnis (L_pg/l_c), und der Minimalwert (optimale Wert) für den Entladungsstrom I_p, der zum Erzielen einer gleichmäßigen Aufladung erforderlich ist, beträgt –140 μA. Hierbei muss das Verhältnis (L_pg/l_c) auf ungefähr 1,1 eingestellt werden, und durch diese Vorgehensweise kann, da der Entladungsstrom abnimmt, die erzeugte Ozonmenge ebenfalls gesenkt werden, wodurch die Umweltprobleme gelöst werden. Außerdem ist es erkennbar, dass dann, wenn der Bereich 0,8 ≤ (L_pg/l_c) ≤ 1,35 betrachtet wird, in dem die Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials nicht mehr als 30 V betragen, der Entladungsstrom Ip = –180 μA für eine gleichmäßige Aufladung sorgt.
Die jeweiligen Verhältnisse für den Gitterstrom I_g und den Gehäusestrom I_c abhängig vom Trommelstrom I_d wurden auf Grundlage der in der 27 dargestellten Ergebnisse berechnet, und es wurden die in der 30 dargestellten Rechenergebnisse erhalten. Die Messergebnisse bei einem zugeführten konstanten Entladungsstrom von –180 μA sind ebenfalls in der 30 dargestellt.
Wie es in der 30 dargestellt ist, variieren bei einem zugeführten Entladungsstrom I_p = –140 μA im Bereich 0,8 ≤ (L_pg/l_c) ≤ 1,35 die Werte I_c/I_d und I_g/I_d auf der Kurve (I_g/I_d) + (I_c/I_d) = 6 entsprechend (L_pg/l_c), und es sind die Bedingungen I_c/I_d ≥ 1 und (I_g/I_d) ≥ 1 erfüllt.
Im Bereich, in dem beide Bedingungen I_c/I_d ≥ 1 und (I_g/I_d) ≥ 1 erfüllt sind, kann, wie es aus den 28 und 29 deutlich ist, der Entladungsstrom Ip zum gleichmäßigen Aufladen der Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 herabgedrückt werden, und Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials können auf einen noch kleineren Bereich herabgedrückt werden. Außerdem kann, da der Entladungsstrom I_p auf einen kleinen Wert eingestellt werden kann, die erzeugte Ozonmenge gesenkt werden, wodurch eine ausreichende Lösung für Umweltprobleme erzielt ist.
In ähnlicher Weise sind bei einem Entladungsstrom I_p = –180 μA im Bereich 0,7 ≤ (L_pg/l_c) ≤ 1,45 die Bedingungen I_c/I_d ≥ 1 und (I_g/I_d) ≥ 1 erfüllt, und die jeweiligen Verhältnisse I_c/I_d und I_g/I_d variieren abhängig von (L_pg/l_c) beinahe linear abhängig von (I_g/I_d) + (I_c/I_d) = 8.
Wie beschrieben, kann im Bereich –140 μA ≤ Ip ≤ –180 μA durch Einstellen der jeweiligen Parameter I_g, I_c und I_d in solcher Weise, dass sie in den Bereich fallen (durch BACFDE in der 31 umgebenes Gebiet), das durch die durch die folgende Formel repräsentierten Linien umgeben ist: (Ig/Id) + (Ic/Id) = 6, (Ig/Id) + (Ic/Id) = 8, (Ic/Id) = 1 und (Ig/Id) = 1der Entladungsstrom I_p auf einen Wert herabgedrückt werden, der es erlaubt, die folgenden günstigen Merkmale zu erzielen: die erzeugte Ozonmenge stellt kein Problem dar, es kann ein gleichmäßiger Entladungsvorgang ausgeführt werden und Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials an der Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 können sicher verhindert werden.
Es ist insbesondere bevorzugt, dass die jeweiligen Parameter I_g, I_c und I_d so eingestellt werden, dass sie in den Bereich fallen, der durch Linien umgeben ist, die durch den folgenden Formeln repräsentiert sind: (Ig/Id) + (Ic/Id) = 6, 1 ≤ (Ic/Id) ≤ 5 und 1 ≤ (Ig/Id) ≤ 5.
Durch diese Vorgehensweise können Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials auf nicht mehr als 30 V verringert werden. Hierbei wird der Entladungsstrom I_p hinsichtlich jedes Werts L_pg/l_c minimiert (–140 μA), und die Menge erzeugten Ozons kann gesenkt werden, um dadurch für eine ausreichende Lösung von Umweltproblemen zu sorgen. Darüber hinaus kann ein gleichmäßiger Entladungsvorgang ausgeführt werden und Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials an der Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 können sicher auf einen kleinen Wert herabgedrückt werden.
Es ist noch bevorzugter, die Parameter I_g, I_c und I_d so einzustellen, dass die Bedingung (I_g/I_d) = (I_c/I_d) = 3 erfüllt ist. In diesem Fall kann ein Entladungsvorgang am stabilsten ausgeführt werden und Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials können minimiert werden. Indessen kann der Entladungsstrom I_p minimiert werden, der dazu erforderlich ist, ein gleichmäßiges Aufladen zu erzielen. Das heißt, dass durch eine Einstellung in solcher Weise, dass die oben genannten Bedingungen erfüllt sind, Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials, der Entladungsstrom und die Menge erzeugten Ozons minimiert werden können, um dadurch kleine Abmessungen der Vorrichtung zu ermöglichen. Daher kann durch Verwenden einer Aufladevorrichtung mit der beschriebenen Anordnung in einem Kopiergerät eine optimale Qualität kopierter Bilder erzielt werden.
Auf Grundlage der in der 26 dargestellten Ergebnisse wurde das prozentuale Verhältnis des Gehäusestroms I_c zum Entladungsstrom I_p (minimaler Entladungsstrom, der dazu erforderlich ist, Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials zu verhindern) gemessen, wenn die Parameter L_gr, L_pg und l_c auf 1 (mm), 8,5(mm) bzw. 8,0(m) eingestellt wurden, und es wurden die in der 32 dargestellten Ergebnisse erhalten.
Der Entladungsstrom I_p nimmt allmählich ausgehend von der Nähe eines Punkts (I_g/I_p) von 10 Prozent ab, und er ist in der Nähe eines Punkts (I_c/I_p) von 40 bis 50 Prozent minimiert. Danach steigt der Entladungsstrom I_p allmählich an. Dies kann durch den folgenden Mechanismus erläutert werden. Während der Gehäusestrom I_c klein ist, kann kein stabiler Entladungsvorgang erzielt werden. Daher ist es erforderlich, den Entladungsstrom I_p mit erhöhter Stärke zuzuführen. Wenn dagegen der Gehäusestrom I_c erhöht wird, kann der Entladungsvorgang stabilisiert werden; jedoch nimmt im Gegensatz dazu der Gitterstrom I_g ab, wodurch sich das Problem ergibt, dass kein gleichmäßiger Entladungsvor gang erzielt werden kann. Daher wird der untere Grenzwert zum Verhindern von Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials in einem mittleren Bereich minimiert, d. h. in der Nähe eines Punkts (I_c/I_p) von 40 bis 50 Prozent.
Andererseits variiert die an die Entladungselektrode anzulegende Hochspannung V_h abhängig vom Verhältnis (I_c/I_p), wie es in der 32 dargestellt ist. Die Hochspannung V_h variiert abhängig von der Raumimpedanz R_g (MΩ). Wenn der Gehäusestrom I_c variiert, variiert auch die Raumimpedanz R_g. Daher variiert bei der Anordnung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Hochspannung V_h bei einem Variieren des Gehäusestroms I. Der Gehäusestrom I_c kann z. B. dadurch variiert werden, dass eine Spannung an das HL-Gehäuse angelegt wird, oder durch Anbringen einer isolierenden Substanz am HL-Gehäuse. Wenn z. B. der Gehäusestrom I_c klein ist, ist eine größere Hochspannung V_h erforderlich, wenn die Raumimpedanz R_g groß wird. Dann nimmt, wenn der Gehäusestrom I_c allmählich zunimmt, da die Raumimpedanz R_g abnimmt, auch der Parameter V_h ab.
Wie beschrieben, fällt der Parameter V_h deutlich ausgehend von der Nähe des Punkts (I_c/I_p) von 10%, und er ist in der Nähe eines Punkts (I_c/I_p) von 40 bis 50% minimal, und er steigt bis in die Nähe von 80% an. Die Hochspannung V_h steigt erneut an, wenn der Entladungsstrom I_p nach dem Punkt (I_c/I_p) auf 40 bis 50% ansteigt, und dies bewirkt ein Ansteigen der Hochspannung V_h.
In der 32 ist auch die Kurve W_h (Energieverbrauch) = V_h × I_p aufgetragen. Wie im Fall der Parameter V_h und I_p ist der Energieverbrauch W_h in der Nähe des Punkts (I_c/I_p) von 40 bis 50% minimal.
Die Parameter I_p, V_h und W_h zeigen, dass die Untergrenze des Entladungsstroms I_p, der zum Verhindern von Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials erforderlich ist, die Anlegespannung V_h und der Energieverbrauch W_h im Bereich 0,1 ≤ (I_c/I_p) ≤ 0,8 (der in der Figur mit T bezeichnete Bereich) klein eingestellt werden können, um dadurch den Aufladewirkungsgrad der Aufladevorrichtung insgesamt zu verbessern. Zusätzlich kann, da die Untergrenze des Entladungsstroms I_p abgesenkt werden kann, auf die Menge des erzeugten Ozons gesenkt werden, wodurch für eine ausreichende Lösung von Umweltproblemen gesorgt ist.
Der Bereich 0,3 ≤ (I_c/I_p) ≤ 0,6 (der in der Figur mit S bezeichnete Bereich) ist besonders bevorzugt, da die Untergrenze des Entladungsstroms zum Verhin dern von Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials, die an die Entladungselektrode anzulegende Hochspannung V_h und der Energieverbrauch W_h der Aufladevorrichtung alle so gesenkt werden können, dass sie innerhalb des Bereichs den jeweiligen Minimalwert aufweisen. Daher kann durch Einstellen der jeweiligen Parameter I_c und I_p in solcher Weise, dass sie in den Bereich 0,3 ≤ (I_c/I_p) ≤ 0,6 fallen, eine optimale Aufladevorrichtung konzipiert werden. Das heißt, dass es eine derartige Aufladevorrichtung erlaubt, die Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 zu laden, ohne dass Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials erzeugt werden, während die Anlegespannung V_h und der Energieverbrauch W_h minimiert werden. Wenn der Entladungsstrom minimiert ist, ist auch die Menge erzeugten Ozons minimiert, wodurch eine ausreichende Lösung für das Umweltproblem geschaffen ist.
Die 33 ist eine erläuternde Ansicht, die schematisch eine Aufladevorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die 11 ist ein Diagramm, das Entladungseigenschaften der Aufladevorrichtung zeigt. Die 34 ist ein Ersatzschaltbild der Aufladevorrichtung. Die Aufladevorrichtung wird durch einen Konstantstrom gesteuert, und sie ist wie folgt aufgebaut:
Wenn zwischen Entladungsspitzenabschnitten 61 und eine Fotoempfängertrommel 51 (Raumimpedanz R_g) über einen Widerstand 74 (Widerstandswert: R_c) von einem Hochspannungs-Erzeugungsabschnitt 63 eine Hochspannung V_h angelegt wird, tritt an den beiden Anschlüssen des Widerstands 74 ein Spannungsabfall zum Stabilisieren des (zugeführten) Entladungsstroms auf. Der durch die Ersatzschaltung fließende Entladungsstrom I_p kann durch die folgende Formel (17) ausgedrückt werden: Ip = (Vh – Vth)/(Rg + Rc) (17)
Hierbei bezeichnet der Entladungsstrom I_p die Summe der Entladungsströme, wenn ein Entladungsstrom von 1 bis 1,5 μA durch jeden Spitzenabschnitt fließt, die Hochspannung V_h einen oberen Grenzwert von 7 kV aufweist, die Entladungs-Startspannung V_th im Bereich von 3,2 bis 3,8 kV liegt, wenn ein Entladungsspalt im Bereich von 7 bis 9 mm vorgegeben ist, und wenn die Raumimpedanz R_g im Bereich von 150 bis 950 MΩ liegt, wobei die Umgebungsbedingungen berücksichtigt sind und der Entladungsspalt im Bereich von 7 bis 9 mm liegt.
Die 35 zeigt jeweilige Korrelationen (1) der Untergrenze des Entladungsstroms I_p, der zum Verhindern von Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials erforderlich ist, (2) der Ausgangsspannung V_out (R_g = 150 MΩ) des Hochspannungs-Ausgangsabschnitts (Hochspannungstransformator) und (3) des Energieverbrauchs W_out (= I_p × V_out) des Hochspannungs-Ausgangsabschnitts jeweils abhängig vom Widerstandswert R_c des eingesetzten Widerstands 74 auf Grundlage beobachteter Werte. Wie es aus der 35 ersichtlich ist, können umso größere Unregelmäßigkeiten der Entladung absorbiert werden, je größer der Widerstandswert R_c ist, und umso kleiner ist der untere Grenzwert für den Entladungsstrom I_p, der dazu erforderlich ist, Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials zu verhindern.
Unter der Bedingung R_c ≥ 500 (MΩ) erreicht der Entladungsstrom I_p einen Sättigungspegel. Daher ist es bevorzugt, den Widerstandswert R_c in diesem Bereich einzustellen. Hierbei ist die an den Widerstand 64 anzulegende Spannung umso höher, je größer der Widerstandswert R_c ist. Unter Berücksichtigung der Kosten und des Raums weist jedoch die Spannung im Allgemeinen einen oberen Grenzwert von ungefähr 7 kV auf. In diesem Fall würde der Widerstandswert des Widerstands 2500 MΩ betragen (siehe die 35).
Andererseits ist es aus dem folgenden Grund bevorzugt, den Widerstandswert unter 500 MΩ einzustellen. In diesem Fall variiert der untere Grenzwert des Entladungsstroms, der dazu erforderlich ist, Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials zu verhindern, stark in Abhängigkeit vom Wert der Raumimpedanz R_g (Impedanz zwischen den Entladungsspitzenabschnitten und der Oberfläche des Fotoempfängers, die abhängig von den Umgebungsbedingungen wie der Feuchtigkeit usw. im Bereich von 150 MΩ bis 950 MΩ variiert, und derartige Variationen des Entladungsstroms führen zu einem instabilen Entladungsvorgang.
Daher kann durch Einsetzen des Widerstands 74 mit einem Widerstandswert im Bereich von 500 MΩ ≤ R_c ≤ 2500 MΩ (in der 35 mit A gekennzeichneter Bereich) die Oberfläche des Fotoempfängers bei einem zugeführten Entladungsstrom an der Untergrenze gleichmäßig geladen werden, ohne dass eine Beeinflussung durch die Raumimpedanz besteht, und es kann eine billige Aufladevorrichtung erzielt werden.
Es ist insbesondere bevorzugt, dass ein Widerstand 74 mit einem Widerstandswert im Bereich 600 MΩ ≤ R_c ≤ 800 MΩ eingesetzt wird. Dies, da im beschriebenen Bereich 600 MΩ ≤ R_c ≤ 800 MΩ (in der Figur mit C gekennzeichneter Bereich) in der 35 der Energieverbrauch W_out minimiert ist. Im Ergebnis kann, da die erforderliche Hochspannungskapazität gesenkt werden kann, nicht nur eine Aufladevorrichtung mit noch kompakterer Größe und verringertem Energieverbrauch erzielt werden, sondern es kann auch die Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 beim zugeführten minimalen Entladungsstrom gleichmäßig geladen werden, ohne dass nachteilige Effekte aus der Raumimpedanz R_g existieren.
Nun wird die Art des eingesetzten Widerstands 74 erläutert. Angesichts der Kosten usw. ist es günstig, einen Harzwiderstand wie einen Filmwiderstand usw. als Widerstand 74 zu verwenden. In diesem Fall variiert, wie es in der 36 dargestellt ist, der Widerstandswert abhängig von der an den Widerstand 74 anzulegenden Spannung. Die 36 zeigt die Ergebnisse jeweiliger Änderungsraten der Widerstandswerte R_c des eingesetzten Widerstands 74 vor und nach dem Anlegen (verstrichene Zeit von 30 Minuten) der Spannung V_h an den eingesetzten Widerstand 74 (mit dem Widerstandswert R_c), wenn sich die angelegte Spannung V_h im Bereich von 1,9 kV bis 2,5 kV befindet (bei einem Intervall von 0,5 kV).
Nun wird nachfolgend die Obergrenze des Widerstandswerts R_c für den Fall erläutert, dass als Widerstand ein Filmwiderstand verwendet wird.
Wie es aus der 36 ersichtlich ist, kommt es im Filmwiderstand, wenn eine Spannung von nicht unter 2 kV angelegt wird, zu einem Isolationsdurchschlag. Daher ist es bevorzugt, an einen Filmwiderstand eine Spannung von nicht mehr als 2 kV anzulegen. Daher ist die Bedingung I_p × R_c = 2000 in der Formel (17) bevorzugt. Aus der oben genannten Formel (3) ergibt sich der Entladungsspalt L_g zu 9,0 (mm), wenn die Raumimpedanz R_g auf 950 MΩ eingestellt wird. Hierbei wird aus der Formel (2) die Entladungs-Startspannung V_th = 3,78 (kV) erhalten. Angesichts der Kosten, des erforderlichen Raums usw. weist die Hochspannung im Allgemeinen eine Obergrenze von ungefähr 7 kV auf. Wie beschrieben, ist der Entladungsstrom I_p pro Entladungsspitzenabschnitt durch die Formel (16) gegeben: Ip = (Vh – Vth)/(Rg + Rc) = (7000 – 3780 – 2000)/(950 × 106) ≈ 1,28 (μA)
Hierbei würde, da die Standhaltespannung des Filmwiderstands nicht mehr als 2 kV beträgt, der Widerstandswert R_c = 2000/(1,28 × 10^–6) ≈ 1563 (MΩ) sein, und er weist vorzugsweise einen oberen Grenzwert von ungefähr 1600 (MΩ) auf.
Wie beschrieben, kann durch Verwenden eines Harzwiderstands wie eines billigen Filmwiderstands usw. der Widerstandswert im Bereich 500 MΩ ≤ R_c ≤ 1600 MΩ eingestellt werden (in der 35 durch A gekennzeichnetes Gebiet), und die Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 kann bei einem zugeführten Entladungsstrom vom unteren Grenzwert gleichmäßig geladen werden, ohne dass die Größe der Aufladevorrichtung erhöht würde oder dass ein nachteiliger Effekt aus der Raumimpedanz bestünde. Darüber hinaus kann eine Aufladevorrichtung noch wirtschaftlicher erhalten werden.
Die Anordnung in der 38 beinhaltet einen Stromdetektor 70 zum Erfassen des durch das HL-Gehäuse 2a von der Entladungselektrode 2c fließenden Stroms I_c (μA). Der erfasste Strom I_c wird an die Steuereinrichtung 71 geliefert. Die Steuereinrichtung 71 berechnet den Wert ΔI_p, der die Bedingung A ≤ Al_p ≤ (A + A²/I_p), wobei A = (I_p – 7I_c/3) gilt, und der berechnete Wert wird an den Hochspannungs-Erzeugungsabschnitt 63 ausgegeben. Dieser Hochspannungs-Erzeugungsabschnitt 73 liefert den Wert ΔI_p an den Entladungsstrom I_p zurück, um den Strom I_L (μA) zu kompensieren, der von der Entladungselektrode 2c durch die Luft fließt.
Der Entladungsstrom I_p ist durch I_p = I_g + I_c + I_d + I_L gegeben. Bei normalen Umgebungsbedingungen gilt I_L ≈ 0. Wenn sich jedoch die Umgebungsbedingungen auf hohe Temperatur und hohe Feuchtigkeit ändern, nimmt der Strom I_L zu. Ferner nehmen die jeweiligen Parameter I_g, I_c und I_d ab, wenn der Strom I_L zu fließen beginnt.
Unter diesen Umständen nimmt der Trommelstrom I_d geringfügig ab, und der Pegel des Ladepotenzials sinkt (z. B. von –600 V auf –580 V). Die jeweiligen Verringerungen von I_g und I_c führen auch zu Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials (z. B. nehmen die Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzial: von ±30 V auf ±50 V zu). Wie beschrieben, können keine Stabilität des Entladungsvorgangs und keine Gleichmäßigkeit des Aufladevorgangs aufrechterhalten werden, was zum Problem führt, dass Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials auftreten, die die Erzeugung eines Bilds nachtei lig beeinflussen. Gemäß der Anordnung der vorliegenden Ausführungsform können jedoch, da der zunehmende Wert I_L dadurch kompensiert wird, dass ein I_L entsprechender Strom an die HL-Aufladevorrichtung 52 rückgeführt wird, die Bedingungen denjenigen bei normaler Temperatur und normaler Feuchtigkeit angenähert werden, wodurch gleichmäßige Auflade- und stabile Entladungsvorgänge unabhängig von den Umgebungsbedingungen möglich sind, wie es unten detailliert beschrieben wird.

Nun sei angenommen, dass beim Initialisieren die Bedingung I_g:I_c:I_d = 3:3:1 eingestellt wird. Wenn sich die Umgebungsbedingungen auf die kritischen Bedingungen einer hohen Temperatur und einer hohen Feuchtigkeit ändern, nimmt I_L zu. Hier sei angenommen, dass die I_g:I_c:I_d = 3:3:1 unabhängig von einer Änderung der Umgebungsbedingungen aufrechterhalten wird. Dann wird der Entladungsstrom I_p dadurch konstant gehalten, dass der Wert des Stroms ΔI_p = I_p – (I_g + I_c + I_d) = (I_p – 7I_c/3) an den Entladungsstrom I_p rückgeführt wird, um dadurch den Effekt von I_L zu kompensieren. Der Versuch zeigt, dass dann, wenn ΔI_p = (I_p – 7Ic/3) an den Entladungsstrom I_p rückgeführt wird, jeweilige Stromstärken von I_g, I_d und I_L entsprechend der absoluten Feuchtigkeit variieren, wie es in der 39 dargestellt ist. Wie es aus der 39 ersichtlich ist, ist I_L umso größer, je höher die absolute Feuchtigkeit ist; jedoch wird I_p durch Rückführen von ΔI_p konstant gehalten, um dadurch die Korrelation zwischen (I_g/I_d) und (I_c/I_d) im Wesentlichen konstant zu halten. Das heißt, dass durch Einstellen des Stromverteilverhältnisses zwischen I_g, I_c und I_d auf das optimale Verhältnis (I_g:I_c:I_d = 3:3:1) die Bedingung 3I_d = I_c = I_g aufrechterhalten werden kann, wobei beinahe keine Änderung des Verhältnisses auftritt, und zwar unabhängig von einer Änderung des Absolutwerts entsprechend einer Änderung der Umgebungsbedingungen. Die 39 beruht auf den Messergebnissen gemäß der folgenden Tabelle 3. TABELLE 3

	Absolute Feuchtigkeit (g/m³)	I_g	I_c	I_d	I_l	I_p
(1)	9,51	–60	–60	–20	0	–140
(2)	14,98	–57	–56	–19	–8	–140
(3)	19,73	–55	–54	–18	–13	–140
(4)	33,64	–52	–51	–17	–20	–140

In der Tabelle 3 entsprechen (1) bis (4) absoluten Feuchtigkeiten in der 39 in dieser Reihenfolge ausgehend vom niedrigsten Feuchtigkeitswert. Das heißt, dass (1) der Bedingung einer Temperatur von 20°C und einer relativen Feuchtigkeit von 55% genügt, (2) der Bedingung einer Temperatur von 25°C und einer relativen Feuchtigkeit von 75% genügt, (3) der Bedingung einer Temperatur von 30°C und einer relativen Feuchtigkeit von 65% genügt und (4) der Bedingung einer Temperatur von 35°C und einer relativen Feuchtigkeit von 85% genügt. Hierbei sind I_g bis I_p in der Einheit μA angegeben. Die absolute Feuchtigkeit (D_H) kann mittels der folgenden Formel (18) umgewandelt werden: DH = 0,794 ex(RH/100)/(1 + 0,00366t) (18)wobei R_H die relative Feuchtigkeit ist, t die Temperatur ist und e_x der Sättigungsdampfdruck bei der Temperatur t ist.
Der Gehäusestrom I_c wird durch die Stromerfassungseinheit 70 erfasst, und die Steuereinrichtung 71 berechnet ΔI_p = (Ip – 7I_c/3) (=I_L) auf Grundlage des erfassten Werts I_c, und der Wert wird als Stromstärke, die den durch die Luft fließenden Strom I_L kompensiert, an den Hochspannungs-Erzeugungsabschnitt 63 geliefert. In diesem Hochspannungs-Erzeugungsabschnitt 63 wird ΔI_p hinsichtlich des Entladungsstroms I_p rückgeführt. Im Ergebnis werden die Parameter I_g, I_c und I_d um Werte ΔI_g, ΔI_c bzw. ΔI_d verringert (in diesem Zustand ist im Wesentlichen die Bedingung I_g:I_c:I_d = 3:3:1 erfüllt, und es ist die Bedingung ΔI_p = ΔI_g + ΔI_c + ΔI_d erfüllt). Jedoch wird der Entladungsstrom I_p vor und nach der Rückführung konstant auf –140 μA gehalten.
Wie oben beschrieben, sind für den Fall, dass ΔI_p = (Ip – 7I_c/3) = A an den Entladungsstrom I_p rückgeführt wird, die Messergebnisse für Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials auf der Oberfläche der Fotoempfängertrommel 51 abhängig von der absoluten Feuchtigkeit in der 40 dargestellt. Wie es aus der 40 ersichtlich ist, variiert, wenn ΔI_p nicht für Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials rückgeführt wird, ΔV abhängig von der absoluten Feuchtigkeit, und der Wert nimmt bei kritischen Umgebungsbedingungen bis auf das Niveau von 80 V zu. Dagegen wurden, wenn ΔI_p = (Ip – 7Ic/3) rückgeführt wurde, Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials selbst bei kritischen Umgebungsbedingungen auf nicht mehr als 30 V herabgedrückt. In einem Kopiergerät mit einer Aufladevorrichtung mit der beschriebenen Konstruktion wurde tatsächlich ein Kopiervorgang ausgeführt. Im Ergebnis wurden Bilder mit stabiler Qualität erhalten.
Wenn ΔI_p rückgeführt wird, bewirkt ein Teil des rückgeführten Stroms ΔI_p = IL einen Leckstrom. Dieser Leckstrom ΔIL ist durch die folgende Formel gegeben: ΔIL = (ΔIp/Ip) × IL = (IL)2/Ip = A2/Ip.
Daher können, wenn an Stelle von A der Strom ΔI_p = (A + A2/I) rückgeführt wird, Unregelmäßigkeiten ΔV des elektrischen Ladepotenzials im Vergleich zum Fall ΔIp = A verringert werden. Das heißt, dass Unregelmäßigkeiten des elektrischen Ladepotenzials an solche bei normaler Temperatur und normaler Feuchtigkeit angenähert werden können. Ferner kann unter Berücksichtigung des hohen Rückführungsstroms eine noch weitere Verbesserung der Kompensationsgenauigkeit erwartet werden. In der Praxis nimmt jedoch, wenn der Rückführungsstrom noch höher eingestellt wird, ΔI_p entsprechend zu, und dies führt zu einer Zunahme der erzeugten Ozonmenge.
Unter Berücksichtigung des Vorstehenden ist es bevorzugt, dass der Rückführungsstrom ΔI_p die Bedingung A ≤ ΔIp ≤ (A + A²/I_p) erfüllt.
Das Vorstehende offenbart demgemäß, ohne weitere Analyse den Grundgedanken der Erfindung, den andere, unter Anwendung ihrer aktuellen Kenntnisse leicht für verschiedene Anwendungen anpassen können, ohne Merkmale wegzulassen, die vom Standpunkt des Stands der Technik aus, im wesentlichen erhebliche Eigenschaften der gattungsgemäßen und speziellen Gesichtspunkte des vorliegenden Beitrags zur Technik bilden, weswegen derartige Anpassungen vom in den beigefügten Ansprüchen definierten Schutzumfang enthalten sein sollten und sollen.
Hierbei kann der Entladungsvorgang umso stabiler ausgeführt werden, und umso kleiner sind die Unregelmäßigkeiten des geladenen elektrischen Potentials an der Oberfläche des Fotoempfängers, je größer der Entladungsstrom ist. Andererseits wäre die erzeugte Ozonmenge erhöht. Vorausgesetzt, dass kein Leckstrom erzeugt wird, ist der Entladungsstrom durch die Summe aus dem Gitterstrom I_g, dem Trommelstrom I_d und dem Gehäusestrom I_c gegeben. Wie der Entladungsstrom so variieren auch der Gitterstrom I_g und der Gehäusestrom I_c entstprechend L_pg/l_c, was das Verhältnis des Abstands L_pg zwischen dem Gitter und den Entladungsspitzenabschnitten zum Abstand 1 zwischen dem elektrisch leitenden Gehäuse und den Entladungsspitzenabschnitten repräsentiert, während I_d unabhängig vom Verhältnis L_pg/l_c konstant gehalten wird. Daher ist es, um einen gleichmäßigen Entladungsvorgang auszuführen, ohne die Gesamtgröße der Ladevorrichtung zu erhöhen, erforderlich, den Entladungsstrom herabzudrücken, während zwischen dem Gitterstrom I_g, dem Trommelstrom I_d und dem Gehäusestrom I_c eine spezielle Relativkorrelation erfüllt ist.
Bei der beschriebenen Anordnung kann, da der Gitterstrom I_g und der Gehäusestrom I_c innerhalb desjenigen Bereichs L_pg/l_c eingestellt sind, in dem sie beide nicht kleiner als der Gitterstrom I_d sind ((3) und (4)) und die Summe von (I_g/I_d) und (I_c/I_d) im Bereich von 6 bis 8 liegt ((1) und (2)), der Entladungsstrom auf einen Pegel heruntergedrückt werden, bei dem die erzeugte Ozonmenge keinerlei Probleme darstellt, und es kann ein gleichmäßiger Entladungsvorgang ausgeführt werden, um dadurch sicher die Unregelmäßigkeiten des geladenen elektrischen Potentials an der Oberfläche des Fotoempfängers herabzudrücken.
Andere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 5 angegeben.

Claims

Ladevorrichtung, die mit einer Entladungselektrode mit mehreren mit vorbestimmten Intervallen ausgebildeten Entladungsspitzenabschnitten und einem elektrisch leitenden Gehäuse versehen ist, dessen einem Fotoempfänger zugewandte Fläche eine Öffnung bildet, um die Entladungselektrode zu halten, wobei das Gehäuse elektrisch gegen die Entladungselektrode isoliert ist, wobei diese Ladevorrichtung eine Entladung von den mehreren Entladungsspitzenabschnitten in Bezug auf einen Fotoempfänger über ein Gitter, das zwischen den mehreren Entladungsspitzenabschnitten und der Oberfläche des Fotoempfängers vorhanden ist, entsprechend einer an die Entladungselektrode angelegten Spannung erzeugt, um eine Oberfläche des Fotoempfängers zu laden; dadurch gekennzeichnet, dass diese Ladevorrichtung so aufgebaut ist, dass ein Entladestrom (μA), ein durch das Gitter fließender Strom (μA), ein aus den Entladungsspitzenabschnitten zum elektrisch leitdenden Gehäuse ausleckender Leckstrom (μA) und ein durch den Fotoempfänger fließender Strom (μA), die als I_p, I_g bzw. I_c bezeichnet werden, in einem durch eine (I_g/I_d)-Achse und eine (I_c/I_d)-Achse gebildeten Koordinatensystem dergestalt eingestellt sind, dass (I_g/I_d) und (I_c/I_d) innerhalb eines durch Folgendes umgebenen Bereichs liegen: (Ig/Id) + (Ic/Id) = 6, (1) (Ig/Id) + (Ic/Id) = 8, (2) (Ic/Id) = 1, und (3) (Ig/Id) = 1. (4)
Ladevorrichtung nach Anspruch 1: die so ausgebildet ist, dass der Entladungsstrom der minimale Entladungsstrom (μA) zum gleichmäßigen Laden der Oberfläche des Fotoempfänger ist und er der Entladungselektrode zugeführt wird; und wobei der durch das Gitter fließende Gitterstrom (μA), der von den mehreren Entladungsspitzenabschnitten zum elektrisch leitenden Gehäuse ausleckende Leckstrom (μA) und der durch den Fotoempfänger fließende Strom (μA), die als I_g, I_c bzw. I_d bezeichnet werden, so eingestellt sind, dass Folgendes gilt: (Ig/Id) + (Ic/Id) = 6, 1 ≤ (Ic/Id) ≤ 5, und 1 ≤ (Ig/Id) ≤ 5.
Ladevorrichtung nach Anspruch 2, bei der: I_g, I_d, I_c bzw. I_d jeweils (I_g/I_d) = (I_c/I_d) = 3 erfüllen.
Ladevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2: die so ausgebildet ist, dass dann, wenn eine der Gitterspannung entsprechende Spannung an das elektrisch leitende Gehäuse gelegt wird, der Abstand L_pg zwischen den mehreren Entladungsspitzenabschnitten und dem Gitter sowie ein Abstand l zwischen den Entladungsspitzenabschnitten und dem elektrisch leitenden Gehäuse so eingestellt sind, dass I_g ≥ I_d und I_c ≥ I_d gelten.
Ladevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2: die so aufgebaut ist, dass dann, wenn eine der Gitterspannung entsprechende Spannung an das elektrisch leitende Gehäuse gelegt wird, ein Abstand L_pg zwischen den Entladungsspitzenabschnitten und dem Gitter sowie ein Abstand 1 zwischen den Entladungsspitzenabschnitten und dem elektrisch leitenden Gehäuse so eingestellt sind, dass (L_pg/l_c) ≈ 1,1 gilt.