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GEBIET DER
ERFINDUNG UND VERWANDTER STAND DER TECHNIK
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Die
Erfindung betrifft eine Bilderzeugungsvorrichtung mit einem Ladeelement,
das mit einem ein Bild tragenden Element in Kontakt bringbar ist,
um das das Bild tragende Element, wie beispielsweise ein fotoempfindliches
Element oder ein dielektrisches Element, zu laden.
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Bei
einer Bilderzeugungsvorrichtung, die einen elektrofotografischen
Typ oder einen elektrostatisch aufzeichnenden Typ verwendet, wird
ein Koronalader weit verbreitet als eine Ladeeinrichtung für das das
Bild tragende Element, wie beispielsweise ein elektrofotografisch
fotoempfindliches Element oder ein elektrostatisch aufzeichnendes
dielektrisches Element, verwendet.
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Andererseits
wurde vor kurzem eine Kontaktladeeinrichtung, bei der ein mit einer
Spannung beaufschlagtes Ladeelement mit einem zu ladenden Element
in Kontakt gebracht wird, um es zu laden, in die Praxis umgesetzt,
und hat Vorteile hinsichtlich einer geringen Ozonerzeugung, geringer
elektrischer Leistung oder dergleichen. Eine nach dem Walzenprinzip
arbeitende Ladeeinrichtung, die eine dielektrische Walze verwendet,
wird aufgrund ihrer Ladestabilität
bevorzugt.
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Mit
einem solchen Walzenladetyp wird jedoch das Laden durch die Entladung
von dem Ladeelement auf das zu ladende Element bewirkt, so dass
daher das Oberflächenpotential
des fotoempfindlichen Elements in Abhängigkeit von der Änderung
der Umgebung und der Schwankung des elektrischen Widerstands der
Ladewalze und der Änderung
variiert.
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Vor
kurzem wurde ein Verfahren, welches durch die Schwankung der Umgebungsbedingungen
weniger beeinflusst wird, vorgeschla gen (zum Beispiel in der japanischen
Patentanmeldung Nr. HEI-5-66150),
bei dem ein elektrisch leitendes Kontaktladeelement mit einer Spannung
versorgt wird, und eine elektrische Ladung auf Einfangebene injiziert
(Kontaktladung). Ein solcher Injektionsladungstyp hat weniger Umgebungsabhängigkeit,
und die erforderliche Spannung kann im Wesentlichen gleich dem gewünschten
Potential des fotoempfindlichen Elements sein, da die Entladung
nicht verwendet wird, und ist darüber hinaus dahingehend vorteilhaft,
dass die Erzeugung von Ozon, welches die Lebensdauer des fotoempfindlichen
Elements verringern kann, klein ist.
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Was
das Kontaktladeelement mit elektrischer Leitfähigkeit anbelangt, ist eine
ladende Pelzbürste,
eine ladende magnetische Bürste
oder dergleichen verwendbar. Wenn sich aber die Elastizität der ladenden
Pelzbürste
aufgrund einer langen Verwendungsdauer oder einer langen Nichtverwendungsdauer
verschlechtert, werden die Ladeeigenschaften schlechter. Die ladende
magnetische Bürste
hat kein solches Problem, so dass ein stabilisiertes Laden fortgesetzt
werden kann.
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Die
die ladende magnetische Bürste
verwendende Injektionsladung wird als äquivalent zu der Reihenschaltung
des Widerstands R und des Kondensators C wie in 3 gezeigt
betrachtet. In einem idealen Ladeprozess wird der Kondensator C
für die
Zeitdauer geladen, in welcher ein bestimmter Punkt der Oberfläche des
fotoempfindlichen Elements in Kontakt mit der magnetischen Bürste ist
(Ladewalzenspalt multipliziert mit einer Umfangsgeschwindigkeit
des fotoempfindlichen Elements), so dass das Oberflächenpotential
des fotoempfindlichen Elements im wesentlichen gleich der angelegten
Spannung wird. Bei einer Bilderzeugungsvorrichtung, bei der der
Toner durch eine Entwicklungseinrichtung ohne Verwenden einer Reinigungseinrichtung nach
der Übertragung
und vor dem Laden (Typ ohne Reinigungseinrichtung) gesammelt wird,
wird jedoch der Toner in der magnetischen Bürste gesammelt, so dass der
elektrische Widerstand derselben langsam ansteigt. Daher bewegt
sich die Ladung während
des Durchlaufens durch den Ladewalzenspalt nicht ausreichend, so dass
das Oberflächenpotential
des fotoempfindli chen Elements nach dem Durchlaufen des Ladewalzenspalts niedriger
ist als die angelegte Spannung (die Potentialdifferenz zwischen
dem Oberflächenpotential
des fotoempfindlichen Elements und der angelegten Spannung ist &LD&V). Die Abnahme
des Potentials des fotoempfindlichen Elements resultiert ohne eine
Einrichtung zum Erfassen des Oberflächenpotentials und zum Steuern der
Entwicklungsvorspannung in einer Tonerablagerung auf dem Nichtbildabschnitt
in der Entwicklung (als so genannter Nebel). Wenn &LD&V groß ist, wird
ein magnetisches Partikel der magnetischen Bürste auf der Oberfläche des
fotoempfindlichen Elements abgelagert und wird aus dem Lader ausgestoßen, mit
dem Ergebnis eines ungeeigneten Ladens.
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Andererseits
wird dann, wenn dem Toner durch den Kontakt zwischen der magnetischen
Bürste
und dem magnetischen Partikel die Ladung derselben Polarität wie der
des Potentials des fotoempfindlichen Elements gegeben wird, der
eingeleitete Toner von der magnetischen Bürste durch das durch die Potentialdifferenz &LD&V zwischen der
angelegten Spannung und dem Oberflächenpotential des fotoempfindlichen
Elements erzeugte elektrische Feld auf die Oberfläche des
fotoempfindlichen Elements ausgestoßen. Die Differenz &LD&V nimmt mit dem
Anstieg des elektrischen Widerstands der magnetischen Bürste, d.
h. der Menge eingeleiteten Toners in der magnetischen Bürste, zu,
und eine ausgestoßene
Tonermenge nimmt mit dem Anstieg von &LD&V
zu, so dass daher dann, wenn die Menge des nicht übertragenen
Toners nicht signifikant schwankt, die Menge eingeleiteten Toners
in der magnetischen Bürste
im Wesentlichen konstant ist, so dass das geladene Potential stabilisiert
wird.
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Es
ist bekannt, dass &LD&V von der Vorspannung
für das
Laden abhängt,
und dass es in einer nur Gleichspannung verwendenden Vorspannung
größer ist
als in einer eine Wechselspannungskomponente beinhaltenden Vorspannung.
Die Druckschrift EP-A-766146
offenbart die Verwendung einer solchen Natur, durch welche eine
mit Wechselspannung vorgespannte Spannung während der Bilderzeugung verwendet
wird, und die Vorspannung der Gleichspannung nur verwendet wird,
wenn der Toner ausgestoßen wird,
so dass der Tonergehalt in dem Lader gering gehalten wird.
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Jedoch
ist der durch die Injektionsladeeinrichtung gesammelte Toner nicht
auf den vorstehend beschriebenen, nicht übertragenen Toner beschränkt. Das
bei dem Rücksetzvorgang
nach einem erzwungenen Halt der Vorrichtung aufgrund eines Papierstaus
oder eines Stromausfalls oder dergleichen auftretende Bild nicht übertragenen
Toners muss durch die Injektionsladeeinrichtung gesammelt werden,
wenn ein nach dem Nichtkontaktprinzip arbeitender Übertragungslader
oder eine nach dem Übertragungsprinzip
arbeitende Übertragungswalze
verwendet wird.
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Darüber hinaus
muss bei einem Riemenantriebstyp, wie in 4 gezeigt
ist, bei dem ein Übertragungsriemen 25 durch
eine elektrisch leitende Bürste
oder eine elektrisch leitende Klinge 26 mit einem fotoempfindlichen
Element 1 in Kontakt steht, um den Toner auf das auf einem
Riemen 25 transportierte Übertragungsmaterial zu übertragen,
die elektrisch leitende Bürste
und/oder die elektrisch leitende Klinge 26 getrennt werden,
bis dieselben Umfangsgeschwindigkeiten erreicht sind, um die Beschädigung des
fotoempfindlichen Elements 1 aufgrund einer Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz
zu Beginn der Rotationen des fotoempfindlichen Elements 1 und
des Übertragungsriemens 25 zu
verhindern, so dass es daher schwierig ist, den Toner durch Übertragen
des nicht übertragenen
Toners auf den Übertragungsriemen 25 zu
Beginn und dann Entfernen des Toners durch eine Riemenreinigungseinrichtung
zu entfernen.
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Wenn
ein Ultraschallmotor oder dergleichen als Antriebsmotor für das fotoempfindliche
Element verwendet wird, hält
die Bewegung des fotoempfindlichen Elements in Antwort auf die Deaktivierung
des Hauptschalters sofort an, so dass daher eine große Menge
des Toners auf dem fotoempfindlichen Element verbleibt. wenn das
nicht übertragene
Tonerbild durch den Lader auf einmal gesammelt wird, steigt der
Tonergehalt in der magnetischen Bürste abrupt an, mit dem Ergebnis
eines abrupten Anstiegs von &LD&V und der abrupten Abnahme
des geladenen bzw. Ladepotentials. Daher kann auch dann, wenn der
Toner aus dem Lader unter Verwendung der Tonerentlade-Gleichvorspannung
(nur Gleichspannung) ausgestoßen
wird, die Entwicklungseinrichtung nicht den gesamten ausgestoßenen Toner
einsammeln, und wird darüber
hinaus Nebel produziert, und wird der Nebeltoner erneut in die Injektionsladeeinrichtung
eingeleitet. Dann wird der Tonergehalt in der magnetischen Bürste weiter
erhöht.
Infolgedessen wird das &LD&V weiter erhöht, und
nimmt die Nebeltonermenge zu.
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Durch
wie Wiederholung des Vorstehenden nimmt der Widerstand der magnetischen
Bürste
in einem solchen Ausmaß zu,
mit dem Ergebnis der Ablagerung der magnetischen Partikel auf dem
fotoempfindlichen Element.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Demgemäß ist es
ein Hauptziel der Erfindung, eine Bilderzeugungsvorrichtung bereit
zu stellen, bei der die Nebelentwicklung wirkungsvoll verhindert
wird.
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Darüber hinaus
soll die Erfindung eine Bilderzeugungsvorrichtung bereit stellen,
bei der die Verschiebung des Toners von dem Ladeelement auf das
das Bild tragende Element effizient bewirkt wird, so dass eine Abnahme
der Ladeeigenschaft des Ladeelements verhindert wird.
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Ferner
soll die Erfindung eine Bilderzeugungsvorrichtung bereit stellen,
bei der dann, wenn ein nach dem Prinzip der magnetischen Bürste arbeitendes
Ladeelement verwendet wird, die Ablagerung des magnetischen Partikels
von einem Ladeelement auf ein ein Bild tragendes Element verhindert
wird.
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Die
vorstehenden Ziele werden durch eine Bilderzeugungsvorrichtung gemäß Patentanspruch
1 erreicht.
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Diese
und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung treten bei
Betrachtung der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher
zu Tage.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Darstellung eines Hauptteils einer Bilderzeugungsvorrichtung,
die mit einer Ladeeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung versehen ist;
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2 ist
eine Darstellung einer Ladeeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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3 zeigt
eine äquivalente
Schaltung zur Injektionsladung;
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4 zeigt
eine Struktur einer Riemenübertragungseinrichtung;
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5 zeigt
ein Messverfahren eines elektrischen Widerstands von magnetischen
Partikeln;
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6 stellt
eine Änderung
eines Tonergehalts dar, die aus einem Tonerausstoß aus einer
Injektionsladeeinrichtung resultiert;
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7 ist
eine Schnittansicht, die eine Schichtstruktur eines fotoempfindlichen
Elements darstellt; und
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8 ist
eine Darstellung einer Bilderzeugungsvorrichtung gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der
Erfindung.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Bezug
nehmend auf die beigefügten
Zeichnungen werden die Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben.
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Ausführungsbeispiel 1
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1 ist
eine vereinfachte Darstellung einer Bilderzeugungsvorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Die
in 1 gezeigte Bilderzeugungsvorrichtung ist mit einer
fotoempfindlichen Trommel 1 versehen, die in einer durch
den Pfeil angegebenen Richtung drehbar ist, um die fotoempfindliche
Trommel 1 herum sind ein Lader 2, ein Übertragungslader 3,
eine Entwicklungseinrichtung 6 und eine Vorbelichtungslampe 10 bereit gestellt,
und oberhalb der fotoempfindlichen Trommel 1 ist ein (nicht
gezeigter) Laserstrahlscanner verteilt.
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Die
Originallesevorrichtung mit einem fotoelektrischen Umwandlungselement,
wie beispielsweise einem CCD-Element, gibt ein Bildsignal entsprechend
monochromatischer Bildinformation eines Originals aus, und ein in
einem Laserstrahlscanner enthaltener Halbleiterlaser wird entsprechend
einem Bildsignal gesteuert, um einen Laserstrahl 5 auszugeben.
Ein Ausgangssignal von einem Computer kann gedruckt werden.
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In
einer Gesamtsequenz der Bilderzeugungsvorrichtung wird zunächst die
fotoempfindliche Trommel 1 durch einen Lader 2 gleichförmig auf
eine negative Polarität
geladen. Die fotoempfindliche Trommel 1 wird mit einer
Prozessgeschwindigkeit (Umfangsgeschwindigkeit) von 110 mm/s in
einer durch den Pfeil angegebenen Richtung (Richtung im Uhrzeigersinn)
in Rotation versetzt.
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Hierbei
ist die in diesem Ausführungsbeispiel
verwendete fotoempfindliche Trommel 1 ein fotoempfindliches
OPC-Element, welches auf die negative Polarität aufladbar ist, und umfasst,
wie in 7 gezeigt ist, eine Trommelbasiselement 31 aus
Aluminium mit einem Durchmesser von 108 mm und ersten bis fünften Schichten
(Funktionsschichten) darauf in dieser Reihenfolge.
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Die
erste Schicht ist eine Primerschicht 32, die bereit gestellt
ist, um die Defekte des Aluminium-Trommelbasiselements (Aluminiumbasis)
zu vergleichmässigen
und die Erzeugung von Moiré aufgrund
einer Reflexion der Laserbelichtung zu verhindern. Sie ist eine
elektrisch leitende Schicht mit einer Dicke von etwa 20 μm.
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Die
zweite Schicht ist eine Schicht 33 zur Verhinderung der
Injektion positiver Ladung, welche dazu dient, ein Auslöschen der
negativen Ladung der Oberfläche
der fotoempfindlichen Trommel 1 durch eine aus der Aluminiumbasis
injizierte positive Ladung zu verhindern, und welche eine zwischen
liegende Widerstandsschicht mit einer Dicke von etwa 1 μm mit einem
durch AMILAN (Handelsname eines Polyamidharzmaterials, erhältlich von
Toray Kabushiki Kaisha, Japan)-Harzmaterial und Methoxymethylnylon
auf etwa 106 Ωcm eingestellten Widerstand
ist.
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Die
dritte Schicht ist eine Ladung erzeugende Schicht 34, welche
eine Schicht mit einer Dicke von etwa 0,3 μm ist und ein Harzmaterial sowie
ein darin verteiltes Disazo-Pigment umfasst und welche bei Empfang einer
Laserbelichtung Paare von positiven und negativen Ladungen erzeugt.
Die vierte Schicht ist eine Ladungsübertragungsschicht 35,
welche ein P-Halbleiter ist, der ein Polykarbonat-Harzmaterial mit
darin verteiltem Hydrazon umfasst. Daher ist es der auf der Oberfläche der
fotoempfindlichen Trommel 1 aufgebrachten negativen Ladung
nicht möglich,
durch die vierte Schicht zu gelangen, und kann nur die in der Ladung
erzeugenden Schicht erzeugte positive Ladung zu der Oberfläche der
fotoempfindlichen Trommel 1 bewegt werden.
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Die
fünfte
Schicht ist eine Ladungsinjektionsschicht 36 in der Form
einer beschichtenden Schicht, welche ein unter Licht aushärtendes
Acrylharzmaterial (Binder), Antimon, welches ein lichtdurchlässiger,
elektrisch leitender Füller
(elektrisch leitendes Teilchen) 36a ist, der dotiert wurde,
um den Widerstand (elektrische Leitfähigkeit) zu verringern, und
70 Gewichtsprozent, auf der Grundlage des Harzmaterials, darin verteilter
ultrafeiner Teilchen von Zinnoxid mit einer Partikelgröße von 0,03 μm umfasst,
wobei die Schicht eine Dicke von etwa 3 μm hat. Die Ladungsinjektionsschicht
hat bevorzugt einen elektrischen Widerstand derart, dass eine ausreichende
Ladeeigenschaft vorhanden ist und dass kein Bildfluss erzeugt wird,
genauer ausgedrückt,
von 1 × 1010–1 × 1014 Ωcm.
In diesem Ausführungsbeispiel
hat die fotoempfindliche Trommel 1 einen Oberflächenwiderstand
von 1 × 1012 Ωcm.
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Dann
wird ein Abtastbelichtungsvorgang durch einen in Übereinstimmung
mit einem Bildsignal modulierten Laserstrahl 5 ausgeführt, so
dass ein elektrostatisches latentes Bild auf einer fotoempfindlichen
Trommel 1 erzeugt wird, und wird das elektrostatische latente
Bild durch eine Entwicklungseinrichtung 6 in ein visualisiertes
Tonerbild umkehr-entwickelt. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Sammeleigenschaft
des von der Injektionsladeeinrichtung ausgestoßenen Toners durch die Verwendung
des nach dem Kontaktprinzip arbeitenden Zweikomponenten-Entwicklungssystems
mit einem Entwickler, welcher eine Mischung aus einem sphärischen
nicht magnetischen Toner mit hoher Trenneigenschaft, welcher durch
ein Polymerisationsverfahren erzeugt wird und mit welchem die Menge
nicht übertragenen
Toners klein ist, und einem magnetischen Träger ist, verbessert. Die Entwicklungseigenschaft
in diesem Ausführungsbeispiel
ist derart, dass Nebel erzeugt wird, wenn die Differenz zwischen
dem geladenen Potential und dem Gleichspannungskomponentenwert der Entwicklungsvorspannung
nicht kleiner als 200 V ist, und der Entwicklungsträger auf
die fotoempfindliche Trommel 1 abgelagert wird, wenn sie
nicht kleiner als 350 V ist, so dass daher der Gleichspannungskomponentenwert
der Entwicklungsvorspannung – 400
V ist.
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Andererseits
wird ein Übertragungsmaterial 8 aus
einer Blattzufuhrkassette 7 geholt und einem Übertragungsabschnitt
zwischen der fotoempfindlichen Trommel 1 und einem Übertragungslader
(Koronalader) 3 mittels einer Blattzufuhrwalze entlang
einer Blattzufuhrführung
zugeführt,
und das auf der fotoempfindlichen Trommel 1 erzeugte Tonerbild
wird durch eine Betätigung
des Übertragungsladers 3 auf
das Übertragungsmaterial 8 übertragen.
Der in 4 gezeigte Übertragungslader
kann durch eine Kombination einer Ladewalze oder eines Übertragungsriemens
und eine elektrisch leitende Bürste,
eine elektrisch leitende Klinge, oder eine elektrisch leitende Walze,
die eine Rückseite
derselben druckkontaktiert (nach dem Kontaktprinzip arbeitender Übertragungslader)
ersetzt werden. Der auf der Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 1 ohne übertragen zu
werden verbleibende Toner wird vorübergehend in den Lader 2 gesammelt.
Das Oberflächenpotential
der fotoempfindlichen Trommel 1 wird unmittelbar vor dem
Ladevorgang durch eine Vorbelichtungslampe 10, die zwischen
dem Übertragungslader 3 und
dem Lader 2 angeordnet ist, auf etwa 0 V entladen.
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Die
vorangehende Beschreibung erfolgte in Bezug auf die Erzeugung eines
monochromatischen Bilds. Das fotoempfindliche Ele ment, der Lader,
die Entwicklungseinrichtung und die Belichtungseinrichtung können für die Farben
Gelb, Magenta, Zyan und Schwarz bereitgestellt sein, und die Tonerbilder
der fotoempfindlichen Elemente werden sequentiell auf ein Übertragungsmaterial übertragen,
das auf einem Übertragungsmaterial-Halteelement
in der Form eines Riemens oder einer Trommel gehalten wird, so dass
ein Vollfarbenbild bereitgestellt werden kann.
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Das Übertragungsmaterial
mit dem übertragenen
Tonerbild 8 wird durch einen Transportriemen an eine Fixiereinrichtung
(Heizwalzen-Fixiereinrichtung) 9 transportiert, an der
das Tonerbild fixiert wird.
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Der
Resttoner auf dem fotoempfindlichen Element nach der Bildübertragung
wird in den Lader 2 gesammelt. Um die Sammeleigenschaft
des Toners in den Lader 2 zu verbessern, wird es bevorzugt,
mit dem fotoempfindlichen Element 1 ein Hilfselement aus
einer mit einer positiven Spannung versorgten Faserbürste oberhalb
des Laders 2 und unterhalb des Übertragungsladers 3 in
Bezug auf eine Drehrichtung des fotoempfindlichen Elements in Kontakt
zu bringen. Durch das Hilfselement wird die gesamte Polarität des Resttoners gleichförmig zu
der positiven Ladung gemacht, so dass es leicht wird, den Resttoner
in den mit einer negativen Spannung versorgten Lader 2 zu
sammeln. Der einmal in den Lader 2 gesammelte Toner wird
durch triboelektrische Ladung mit den magnetischen Partikeln des
Laders 2 auf die negative Polarität geladen, und wird durch die
Potentialdifferenz &LD&V zwischen dem
Oberflächenpotential
des durch den Lader 2 geladenen fotoempfindlichen Elements
und die an den Lader 2 angelegte Gleichspannung auf das
fotoempfindliche Element 1 für den Lader 2 ausgestoßen. Durch
den Ausstoß des
Toners auf das fotoempfindliche Element nach dem Sammeln in den
Lader 2 wird verhindert, dass das vorangehende Bildmuster
in der Bilderzeugung in einer Bilderzeugungsvorrichtung verbleibt,
bei der die Entwicklungseinrichtung den Entwicklungsvorgang und
den Reinigungsvorgang gleichzeitig bewirkt.
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Gleichzeitig
mit dem Ausstoß des
negativ geladenen Toners aus dem Lader 2 auf das fotoempfindliche Element 1 wird
das foto empfindliche Element 1 auf die negative Polarität aufgeladen.
Danach wird das fotoempfindliche Element 1 mit dem darauf
verbleibenden Toner dem Bildlaserstrahl 5 ausgesetzt, so
dass ein elektrostatisches latentes Bild auf dem fotoempfindlichen
Element 1 erzeugt wird. Die Entwicklungseinrichtung 6 weist
ein Entwickler tragendes Element in der Form einer Hülse auf.
Die Entwicklungshülse
wird mit einer Entwicklungsspannung zwischen dem Dunkelabschnittspotential
und dem Hellabschnittspotential des elektrostatischen latenten Bilds
beaufschlagt, und gleichzeitig mit der Erzeugung eines elektrischen
Felds zum Ablagern des Toners aus der Entwicklungshülse auf
den Hellabschnitt des fotoempfindlichen Elements wird ein elektrisches
Feld zum Sammeln des Toners von dem Dunkelabschnitt des fotoempfindlichen
Elements in die Entwicklungshülse
erzeugt. Mit anderen Worten bewirkt die Entwicklungseinrichtung 6 den
gleichzeitigen Entwicklungsvorgang und Reinigungsvorgang zum Reinigen
des fotoempfindlichen Elements durch Entfernen des Resttoners. Falls
die Resttonermenge auf dem fotoempfindlichen Element während der
Entwicklung zu groß ist,
wird der Toner durch die Entwicklungseinrichtung nicht ausreichend
gesammelt, mit dem Ergebnis, dass Nebeltoner auf dem fotoempfindlichen
Element verbleibt.
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Bezug
nehmend auf 2 wird nachstehend der Lader 2 beschrieben. 2 ist
eine Schnittansicht des Laders 2.
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Der
Behälter 11 umfasst
eine Hülse 13 aus
einem nicht magnetischen Material, mit einem festen Magneten 12 darin,
magnetische Partikel 14 zum Injizieren der Ladung durch
Kontakt zu der fotoempfindlichen Trommel 1, und eine regelnde
Klinge 15 zum Beschichten der Oberfläche der Hülse 13 mit den magnetischen Partikeln 14 mit
einer gleichförmigen
Dicke. Die Hülse 12 aus
nicht magnetischem, rostfreiem Stahl wird mit einer Umfangsgeschwindigkeit
von 165 mm/s in derselben Richtung (Richtung im Uhrzeigersinn) wie
die fotoempfindliche Trommel 1 rotiert. Im Einzelnen sind
die Umfangsbewegung der Hülse 12 und
die der Trommel 1 an dem Ladewalzenspalt entgegengesetzt
sind. Die regelnde Klinge 15 aus nicht magnetischem rostfreiem Stahl ist
mit einem Spalt von 900 μm
gegenüber
der Oberfläche
der Hülse 13 angeordnet.
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Der
stationäre
Magnet in der Hülse 13 hat
einen magnetischen Pol (Hauptpol) von etwa 9 × 10–2 T
(900 G) an einer Position von 10° ausgehend
von der nächsten
Position zwischen der fotoempfindlichen Trommel 1 und der
Hülse 13 in
Richtung einer vorne liegenden Seite der Drehrichtung der fotoempfindlichen
Trommel. Der Hauptpol ist bevorzugt in dem Bereich zwischen 20° vor der
nächsten
Position und 10° hinter
derselben (Θ in
der Figur) in Bezug auf die Drehrichtung der fotoempfindlichen Trommel,
und weiter bevorzugt 15°–0° vor derselben
angeordnet. Falls die Position weiter hinten liegt, werden die magnetischen
Partikel 14 zu der Hauptpolposition hin angezogen, so dass
magnetische Partikel 14 dazu neigen, stromab des Ladewalzenspalts
in Bezug auf die Drehrichtung der fotoempfindlichen Trommel zu stagnieren,
und falls sie weiter vorne liegt, wird die Zufuhrleistung der magnetischen
Partikel 14 nach dem Ladewalzenspalt verschlechtert, so
dass eine Neigung zum Auftreten einer Stagnation besteht. Falls
der magnetische Pol nicht in dem Ladewalzenspalt bereitgestellt
ist, ist die auf die magnetischen Partikel 14 in Richtung
der Hülse 13 wirkende
Begrenzungskraft schwach, mit dem Ergebnis der Tendenz, dass die
magnetischen Partikel 14 auf der fotoempfindlichen Trommel 1 abgelagert
werden. Hierbei ist der Ladewalzenspalt der Bereich, in dem das
magnetische Partikel 14 während des Ladens die fotoempfindliche
Trommel 1 kontaktiert.
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Wenn
ein Bereich der fotoempfindlichen Trommel 1, welche ein
Bildbereich sein wird, in dem Ladewalzenspalt liegt, wird die Ladevorspannung
in der Form einer Wechselsignal-vorgespannten Gleichspannung an die
Hülse 13 und
an die regelnde Klinge 15 angelegt. Die Gleichspannung
ist dieselbe wie das erforderliche Oberflächenpotential der fotoempfindlichen
Trommel 1 (–700
V in diesem Ausführungsbeispiel).
Die Spitze-Spitze-Spannung
der Wechselsignalkomponente (Vpp) ist bevorzugt 100 V ≤ Vpp ≤ 2000 V, und
weiter bevorzugt 300 V ≤ Vpp ≤ 1200 V. Falls
Vpp niedriger ist als das, sind vorteilhafte Wirkungen in der gleichförmigen Ladeeigenschaft
und dem Anstieg des Potentials nicht so groß, und falls es größer ist
als das, werden die Stagnation der magnetischen Partikel 14 und
die Ablagerung derselben auf der fotoempfindlichen Trommel 1 verschlechtert.
Die Frequenz ist bevorzugt nicht niedriger als 100 Hz und nicht
höher als
5000 Hz, und stärker bevorzugt
nicht niedriger als 500 Hz und nicht höher als 2000 Hz. Falls sie
niedriger ist, wird die Ablagerung der magnetischen Partikel 14 auf
der fotoempfindlichen Trommel 1 verschlechtert, und ist
die vorteilhafte Verbesserung des Anstiegs des Potentials und der
gleichförmigen
Ladeeigenschaft nicht so groß.
Falls sie höher ist,
ist ebenfalls die vorteilhafte Verbesserung des Anstiegs des Potentials
und der gleichförmigen
Ladeeigenschaft nicht so groß.
Der Signalverlauf der Wechselsignalkomponente kann eine Rechteckwelle,
eine Dreieckswelle, eine Sinuswelle oder dergleichen sein.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
werden die magnetischen Partikel 14 durch einen Deoxidationsprozess
eines gesinterten ferromagnetischen Elements (Ferrit) erzeugt, jedoch
ist dies nicht beschränkend,
so dass diese durch Kneten des ferromagnetischen Pulvers und eines
weiteren Harzmaterials und Ausformen desselben in Partikel, oder
durch Beimischen von elektrisch leitendem Kohlenstoff in diese oder
durch eine Oberflächenbehandlung
derselben zum Einstellen des Widerstands erzeugt werden können. Das
magnetische Partikel 14 hat die Funktion des korrekten
Injizierens der Ladung auf dem Einfangniveau der Oberfläche der fotoempfindlichen
Trommel 1, und die Funktion des Verhinderns des Ausfalls
der Leistungsversorgung für
das Ladeelement und die fotoempfindliche Trommel 1, welcher
aufgrund einer Konzentration des Ladestroms als eine Folge eines
Nachteils wie beispielsweise einem nadelförmigen Loch in der fotoempfindlichen
Trommel 1 auftreten kann. Um dies zu erreichen, ist der
Widerstandswert des Ladeelements bevorzugt 1 × 104 Ω–1 × 109 Ω,
und weiter bevorzugt 1 × 104 Ω–1 × 107 Ω.
Falls der Widerstandswert des Ladeelements kleiner als 1 × 104 Ω ist,
besteht eine Neigung, dass ein Nadelloch-Leckstrom auftritt, und
falls er 1 × 109 Ω überschreitet,
ist die Ladung nicht gut. Um den Widerstandswert in diesem Bereich
zu steuern, ist der spezifische Volumenwiderstand des magnetischen
Partikels 14 bevorzugt 1 × 104 Ωcm–1 × 109 Ωcm,
und weiter bevorzugt 1 × 104 Ωcm–1 × 107 Ωcm.
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Der
spezifische Volumenwiderstand der magnetischen Partikel 14 wurde
unter Verwendung einer in 5 gezeigten
Zelle A gemessen. Die magnetischen Partikel 14 werden in
die Zelle A gefüllt,
und Elektroden 17, 18 werden in Kontakt mit den
magnetischen Partikeln 14 gebracht. Eine Spannung wird
zwischen den Elektroden 17, 18 angelegt, der Strom
wird gemessen, und dann wird der spezifische Volumenwiderstand der
magnetischen Partikel 14 berechnet. Die Messbedingungen
sind folgendermaßen:
Temperatur 23°C,
Feuchtigkeit 65%, Kontaktfläche
S = 2 cm2, Dicke d = 1 mm, eine auf die
obere Elektrode einwirkende Last von 10 kg, und eine angelegte Spannung
von 100 V. In 5 ist mit 17 eine Hauptelektrode
bezeichnet; ist 18 eine obere Elektrode; ist 19 ein
isolierendes Material; ist 20 ein Strommesser; ist 21 ein
Spannungsmesser; ist 22 eine Konstantspannungseinrichtung;
und ist 24 ein Führungsring.
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Die
mittlere Partikelgröße und die
Spitze der magnetischen Partikel 14, die durch die Partikelgrößen-Verteilungsmessung
bestimmt werden, liegen bevorzugt in dem Bereich von 5–100 μm, ausgehend
von dem Standpunkt der Verhinderung der Verschlechterung des Ladens
aufgrund der Kontamination der Oberflächen der Partikel.
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Der
Widerstandswert des in diesem Ausführungsbeispiel verwendeten
Ladeelements beträgt
1 × 106 Ωcm,
und durch Anlegen von –700
V als der Gleichsignalkomponente der Ladevorspannung wird das Oberflächenpotential
der fotoempfindlichen Trommel 1 auf –700 V geladen.
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Mit
den vorangehenden Strukturen wurden Versuche wie folgt durchgeführt. Verschiedene
Mengen des Toners werden im Voraus in die magnetischen Partikel 14 des
Laders gemischt. Die Menge von in die magnetischen Partikel 14 eingebrachtem
Toner werden für
den Fall, dass hinsichtlich der Spannung eine Gleichsignalkomponente
nur an die Hülse 13 angelegt
wird, und für
den Fall, dass hinsichtlich der Spannung eine Wechselsignal- und
eine Gleichsignalkomponente an diese angelegt wird, gemessen, wenn
der Toner aus dem Lader auf die Trommel ausgestoßen wird. Um die Menge eingebrachten
Toners zu messen, werden Ct (g) der magnetischen Partikel in einem
Behälter
aus Kunststoffharzmaterial mit einem Gewicht von Cp (g) platziert, wird
ein Magnet mit der Unterseite des Behälters in Kontakt gebracht,
um die magnetischen Partikel auf die Unterseite einzugrenzen, und
wird in diesem Zustand nur der Toner mit einem oberflächenaktiven
Stoff bzw. Tensid enthaltendem Wasser ausgewaschen. Dann werden
die magnetischen Partikel mit dem Behälter getrocknet, und wird die
Menge eingebrachten Toners (g) unter Verwendung eines Gesamtgewichts
Cc (g) des Behälters
und der verbleibenden magnetischen Partikel bestimmt, das heißt die Menge
des vermischten Toners = Cp + Ct – Cc. 6 zeigt
die Ergebnisse.
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6(a) zeigt die Ergebnisse, wenn die Vorspannung
mit nur einer Gleichsignalkomponente an die Hülse 13 angelegt wird,
wobei die Menge eingebrachten Toners und &LD&V
sich kaum ändern,
wenn die Menge eingebrachten Toners nicht größer als 100 mg ist. Wenn eine
geringfügig
größere Menge
des Toners enthalten ist, nähert
sich die Menge eingebrachten Toners aufgrund der durch die Gleichsignal-Vorspannung
bereit gestellten Ausstoßfunktion
an 100 mg an. Daher wird die Ausstoßtonermengengrenze D als 100
mg betrachtet. Wenn die anfängliche
Menge eingebrachten Toners nicht kleiner ist als 500 mg, nimmt die
Menge eingebrachten Toners mit verstreichender Zeit zu. Dies ist
deshalb so, weil dann, wenn die Tonermenge zu groß ist, &LD&V groß wird und
eine derart große
Menge des Toners auf das fotoempfindliche Element ausstößt, dass
diese nicht durch die Entwicklungsstation gesammelt werden kann,
mit dem Ergebnis einer Nebelerzeugung, so dass daher der Nebeltoner
in den Lader eingeleitet wird, welche Einleitung erneut &LD&V erhöht. Wenn
die Menge eingebrachten Toners auf einem bestimmten Niveau liegt,
sind die ausgestoßene
Tonermenge und die Nebeltonermenge ausgeglichen, so dass die Menge
des Toners konstant ist. Eine solche Tonermenge (A in der Figur)
wird als Tonergehaltgrenzmenge bezeichnet.
-
Andererseits
zeigt 6(b) das Ergebnis, wenn die
Hülse 13 mit
einer Spannung in der Form eines Wechselsignal-vorgespannten Gleichsignals
versorgt wird. In diesem Fall ist die Ladeeigenschaft gut, und ist die
Potentialdifferenz &LD&V zwischen dem
Oberflächenpotential
der fotoempfindlichen Trommel und der angelegten Vorspannung klein,
so dass eine Ausstoßtonermengengrenze
E und die Tonergehaltgrenzmenge (B in der Figur) größer als
in dem Fall der Gleichsignal-Vorspannung sind. Daher kann in 6 dann,
wenn die Menge eingebrachten Toners zwischen A und B liegt, der
Nebel verhindert werden, und kann der ausgestoßene Toner durch Ausstoßen des
Toners durch die Wechselsignalspannung plus die Gleichsignalspannung
und dann Ausstoßen
des Toners durch die Gleichsignalspannung (ohne Wechselsignalspannung)
gesammelt werden. Die Mischgrenzmenge des Toners, die ausgestoßen werden
kann, kann reduziert werden, und die Grenzmenge des Toners, welche
ausgestoßen
werden kann, wird reduziert, durch zunächst Anlegen der Wechselsignalspannung
plus der Gleichsignalspannung und dann der Gleichsignal-Vorspannung (ohne
nachfolgende Wechselsignalspannung) an die Hülse.
-
Der
Maximalwert der nicht übertragenen
Tonermenge auf der Oberfläche
der fotoempfindlichen Trommel zur Zeit eines Blatt- bzw. Papierstaus
oder eines Stromausfalls beträgt
etwa 120 mg (bei einem Papierstau zwischen der Registrierwalze und
dem Übertragungslader
oder einem Stromausfall, wenn sich das Blatt dazwischen befindet).
In Anbetracht dessen wurden 500 mg des Toners im Voraus unter die
magnetischen Ladepartikel gemischt, und wurde der Nebeltoner unter Ändern der
Anlegezeitspanne der Wechselsignal-plus-Gleichsignal-Vorspannung
geprüft.
Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse, wobei ersichtlich ist, dass
kein Nebel auftritt, wenn die Wechselsignal-plus-Gleichsignal-Vorspannung
für nicht
weniger als 15 s angelegt wird und danach die Gleichsignal-Vorspannung
(ohne Wechselsignalspannung) angelegt wird. Falls jedoch die erstgenannte
Zeitspanne (Anlegen des Wechselsignals und des Gleichsignals) kürzer ist
als 15 s, ist der Freiheitsgrad der an die Entwicklungshülse anzulegenden
Entwicklungs-Biasvorspannung im Vergleich zu dem Fall von nicht
weniger als 15 s ziemlich klein, auch wenn der Nebel bzw. die Nebelbildung
ziemlich gering ist. Der Nebel wird erzeugt, wenn überhaupt
keine Wechselsignal-plus-Gleichsignal-Vorspannung angelegt wird, und das Gleichsignal
ohne das Wechselsignal von Anfang an angelegt wird. Tabelle
1
- N:
- vernebelt
- F:
- kein Nebel (kleiner
Freiheitsgrad der Entwicklungsvorspannung)
- G:
- kein Nebel (großer Freiheitsgrad
der Entwicklungsvorspannung)
-
Daher
wird dann, wenn die Bilderzeugungsvorrichtung aufgrund des Papierstaus
oder des Stromausfalls angehalten wird, während die Bilderzeugung ausgeführt wird,
die Ladehülse 13,
nachdem der Hauptschalter erneut aktiviert wird und bevor der Bereitschaftszustand,
in dem der Bilderzeugungsvorgang beginnbar ist, hergestellt ist,
zunächst
mit einer Wechselsignal-plus-Gleichsignal-Vorspannung
versorgt, um das &LD&V zu verringern,
und wird dann das Gleichsignal ohne das Wechselsignal angelegt,
um das &LD&V zu erhöhen.
-
Falls
das Auftreten des Papierstaus vor dem Abschluss des Bilderzeugungsvorgangs
erfasst wird, wird die Spannungsquelle abgeschaltet, und öffnet der
Bediener die vorderseitige Klappe, um den Papierstau zu beseitigen.
Dann schließt
der Bediener die vorderseitige Klappe, und wird die Vorrichtung
neu gestartet.
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Es
ist eine anwendbare Alternative, dass für jede normale Hauptschalterbetätigung die
Ladehülse 13 zwischen
der Aktivierung der Leistungsquelle und dem Bereitschaftszustand
mit der Wechselsignal-plus-Gleichsignal-Spannung und dann mit der
Gleichsignalspannung (ohne Wechselsignalspannung) versorgt wird.
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Durch
die vorstehend beschriebene Tonerausstoßsequenz zum Ausstoßen des
Toners aus dem Lader 2 auf die fotoempfindliche Trommel 1 kann
der Tonerausstoß bei
der Entwicklung effizient ohne Auftreten von Tonernebel und ohne
Anhaften der magnetischen Partikel von dem Lader an der Trommel
ausgeführt
werden.
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Ausführungsbeispiel 2
-
In
dem Ausführungsbeispiel
1 wird die Vorspannung von Wechselsignal-plus-Gleichsignal auf nur Gleichsignal
umgeschaltet. In diesem Ausführungsbeispiel
jedoch wird die Spannung Vpp der Wechselsignalkomponente der angelegten
Vorspannung langsam verringert, um den Tonerausstoß ohne Nebel
zu erzielen.
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Wenn
die Bilderzeugungsvorrichtung aufgrund eines Papierstaus oder eines
Stromausfalls während des
Bilderzeugungsvorgangs angehalten wird, wird die Spitze-Spitze-Spannung
der Wechselsignalkomponente der an die Ladehülse 13 angelegten
Wechselsignal-plus-Gleichsignal-Spannung zwischen der Reaktivierung
der Leistungsquelle und der Herstellung des Bereitschaftszustands
langsam abgeschwächt.
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Die
Tabelle 2 zeigt die Beziehung zwischen der Abschwächungsgeschwindigkeit
der Spitze-Spitze-Spannung Vpp (V/s) und der Nebelentwicklung durch
die Entwicklung.
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Die
Abschwächungsgeschwindigkeit
der Spannung Vpp der Wechselsignalkomponente wurde auf 20, 30, 40,
50, 60, 70 V/s geändert.
Wie der Tabelle 2 zu entnehmen ist, ist der Freiheitsgrad der Entwicklungsvorspannung
bei 20–50
V/s größer, so dass
daher der Ausstoß keinen
Nebel erzeugt. Wenn sie aber höher
ist, ist der Freiheitsgrad der Entwicklungsvorspannung kleiner,
wenn der aus dem ausgestoßenen
Toner resultierende Nebel verhindert wird. Tabelle
2
- F:
- kein Nebel (kleiner
Freiheitsgrad der Entwicklungsvorspannung)
- G:
- kein Nebel (großer Freiheitsgrad
der Entwicklungsvorspannung)
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Ausführungsbeispiel 3
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In
diesem Ausführungsbeispiel
steht, wie in 8 gezeigt ist, anstelle der
Vorbelichtungseinrichtung zwischen der Übertragungsposition und der
Ladeposition in dem Ausführungsbeispiel
1 ein Hilfselement in der Form einer festen Bürste 4 in Kontakt
mit der Oberfläche
der fotoempfindlichen Trommel, und wird eine Spannung der gegenüber der
Ladepolarität
des Laders entgegen gesetzten Polarität angelegt, durch welche das Potential
der fotoempfindlichen Trommel auf etwa 0 V entladen wird. Hierdurch
wurde eine Wirkung äquivalent zu
der des Ausführungsbeispiels
1 bereitgestellt. Anstelle der festen Bürste 4 ist ein Koronalader
oder dergleichen verwendbar, um die fotoempfindliche Trommel auf
etwa 0 V zu entladen, und können ähnliche
Wirkungen bereitgestellt werden.
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Die
feste Bürste 4 kann
darüber
hinaus mit einer Wechselspannung zusätzlich zu der Spannung versorgt
werden, und diese kann mit einer Spannung der fotoempfindlichen
Trommel ohne Gleichspannung angelegt werden.
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Ausführungsbeispiel 4
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In
diesem Ausführungsbeispiel
ist die zwischen der Übertragungsposition
und der Ladeposition in Ausführungsbeispiel
1 angeordnete Belichtungseinrichtung weggelassen, und wird das Potential
der fotoempfindlichen Trommel durch den während des Tonerausstoßvorgangs
von dem Lader auf die Trommel mit der positiven Spannung versorgten Übertragungslader
auf etwa 0 V entladen. In dem das Trommelpotential zu 0 V gemacht
wird, wird die Tonerausstoßwirkung
im Vergleich zu dem Fall des negativen Trommelpotentials verbessert.
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In
allen der vorangehenden Ausführungsbeispiele
ist es dann, wenn die Vorrichtung ohne Beendigung der Bilderzeugung
anhält,
wünschenswert,
eine Einstellvorrichtung zum Ändern
der Zeitdauer bereit zu stellen, in welcher die überlagerte Spannung der Wechselspannung
und der Gleichspannung nach der Reaktivierung der elektrischen Leistung
und vor der Herstellung des Bereitschaftszustands in Übereinstimmung
mit dem Zustand des Angehaltenseins der Vorrichtung an den Lader
angelegt wird. Im Einzelnen ist die Zeitdauer des Anlegens der überlagerten
Spannung bevorzugt länger,
wenn die Menge des nicht übertragenen
Toners auf dem das Bild tragenden Element zur Zeit des Anhaltens
der Vorrichtung größer ist.
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Zum
Beispiel wird dann, wenn der Papierstau an der Position der Fixiereinrichtung
auftritt, die Vorrichtung bevorzugt sofort angehalten, so dass die
Menge des nicht übertragenen
Toners groß ist.
Wenn der Papierstau an der Blattzufuhrstation auftritt und sich
das Übertragungsmaterial
an der Übertragungsposition
befindet, wird das Tonerbild bevorzugt auf das Übertragungsmaterial übertragen,
welches sich an der Übertragungsposition
befindet, und wird dann das Übertragungsmaterial
nach außen
ausgestoßen,
wodurch die Menge des nicht übertragenen
Toners reduziert werden kann. Daher wird die Zeitdauer des Anlegens
der überlagerten
Spannung in Übereinstimmung
mit der Position des Auftretens des Papierstaus geändert.
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Ferner
wird bevorzugt, dass die Zeitdauer des Anlegens der überlagerten
Spannung länger
gemacht wird, wenn das Bildverhältnis
zur Zeit des Anhaltens der Vorrichtung ohne Beendigung der Bilderzeugung
größer ist,
da dann die Reinigungseffizienz verbessert wird. Das Bildverhältnis kann
auf der Grundlage des Bildsignals (Videosignals) bestimmt werden.
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Während die
Erfindung unter Bezugnahme auf die hierin offenbarten Strukturen
beschrieben wurde, ist sie nicht auch die dargelegten Einzelheiten
beschränkt,
und wird mit dieser Anmeldung beabsichtigt, Modifikationen oder Änderungen
abzudecken, die in den Schutzbereich der nachfolgenden Patentansprüche fallen können.