DE4240549C2

DE4240549C2 - Ladevorrichtung mit einer drehbaren Laderolle zum Laden eines photoleitfähigen Elements

Info

Publication number: DE4240549C2
Application number: DE19924240549
Authority: DE
Inventors: Junji Kurokawa; Kazuo Nojima; Geb Mizusawa Chiba; Toshio Nakahara
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-12-02
Filing date: 1992-12-02
Publication date: 1998-01-29
Anticipated expiration: 2012-12-03
Also published as: DE4240549A1; US5479243A; KR960015100B1; US5881344A; US5689770A; JPH05341627A; JP2574107B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung mit einer drehbaren Laderolle zum Laden eines photoleitfähigen Elements nach dem Anspruch 1.

Aus der JP-OS 1-52 177 ist eine Ladevorrichtung mit einer Laderolle bekannt, um ein photoleitfähiges Element zu laden, wobei die Laderolle in Berührung mit dem photoleitfähigen Element gehalten ist und von diesem auch angetrieben wird. Bei dieser bekannten Konstruktion wird die elektrische Ladung über eine Elektrode, die als Wellenstummel zur Lagerung der Laderolle dient, unmittelbar auf eine äußere Gummischicht der Laderolle übertragen, wobei diese elektrisch leitende Gummi schicht die gesamte Rolle inklusive der Seitenflächen der Laderolle bedeckt. Eine unterhalb der Gummischicht angeordnete weiche elastische Schicht wird bei dieser bekannten Konstruktion aber nicht dazu verwendet, um elektrische Ladung auf die äußere leitende Gummischicht zu übertragen.

Aus der JP-OS 1-142 569 ist ein schichtförmiger Aufbau einer Laderolle bekannt, die aus einem zentralen Kern, einer sich an diesen Kern anschließenden elektrisch leitfähigen elastischen Schicht und einer äußeren Copolymer-Gummischicht besteht. Bei dieser bekannten Konstruktion einer Laderolle wird eine Gleichspannungsvor spannung an die Laderolle angelegt, wobei aber diese Vorspannung nicht dazu verwendet wird, um eine Ladung auf ein photoleitfähiges Element aufzutragen. Speziell wird bei dieser bekannten Konstruktion eine Ladung durch Reibungs wirkung hervorgerufen, indem ein photoleitfähiges Element und die Laderolle in Berührung gehalten werden und in entgegengesetzten Richtungen angetrieben werden. Bei dieser bekannten Konstruktion gelangt ferner auch eine elastische Schicht zur Anwendung mit einer Substanz, die einen extrem niedrigen Widerstand aufweist, wie beispielsweise Ethylen, EPDM oder Silikon, in welchem Kohlenstoff dispergiert ist. Es hat sich jedoch in der Praxis herausgestellt, daß sich ein Ladungsschema gemäß der Erzeugung einer Reibung nicht erfolgreich realisieren läßt und die Oberfläche bzw. Oberflächenschicht der Laderolle in ganz besonderer Weise ausgebildet sein muß (hoher Reibungskoeffizient), um überhaupt eine annehmbare Aufladungswirkung zu erreichen.

Aus der EP 0 308 185 A2 ist es prinzipiell bekannt, eine Ladevorrichtung so zu realisieren, daß eine Laderolle, die in Anlage mit einer zu ladenden Walze gehalten ist, aus mehreren Schichten besteht, die eine genau zueinander bezogene bzw. aufeinander abgestimmte elektrische Leitfähigkeit haben müssen, wobei auch eine dielektrische Schicht vorhanden ist. Darüber hinaus gelangt als elektrische Aufla dungsgröße eine Gleichspannungsquelle zur Anwendung, welcher eine Wechsel spannung überlagert ist.

Bei Bilderzeugungseinrichtungen der vorliegenden Art ist es außerdem bisher üblich gewesen, einen Koronaentlader als Ladeeinrichtung zu verwenden, um die Ober fläche eines photoleitfähigen Elements gleichförmig zu laden. Ein Koronaentlader lädt die Oberfläche eines photoleitfähigen Elements wirksam und gleichförmig bei einem vorherbestimmten Potential. Eine Schwierigkeit besteht jedoch darin, daß ein Koronaentlader eine Hochspannungsquelle benötigt und während des Entladens Ozon erzeugt. In großer Menge erzeugtes Ozon würde nicht nur die Umgebung ver unreinigen, sondern würde auch den Qualitätsverlust an einem Ladeteil sowie an dem photoleitfähigen Element verstärken.

Es ist daher eine Ladevorrichtung mit einer Laderolle statt des Koronaentladers vorgeschlagen worden. Diese Art Ladevorrichtung hat eine Laderolle, welche in Anlage an einer photoleitfähigen Trommel gehalten und von dieser angetrieben wird; die Laderolle hat einen Metallkern. Wenn eine Spannung von einer Energiequelle an den Kern der Laderolle angelegt wird, lädt die Rolle die Oberfläche der Trommel. Mit Hilfe der Laderolle ist es möglich, die erforderliche Spannung der Energiequelle zu erniedrigen und die Ozonmenge, welche auf ein Laden zurückzuführen ist, zu verringern. Außerdem verhindert die Laderolle, daß sich Staubpartikel elektrostatisch auf einem Koronadraht absetzen, und durch die Laderolle entfällt auch die Notwendigkeit einer Hochspannungsquelle. Jedoch besteht die Schwierigkeit bei dieser Art Lader darin, daß die Ladungsverteilung unregelmäßig werden kann, und außerdem ist das Ladepotential sehr empfindlich bezüglich der Umgebung. Ein derartiger Lader ist bezüglich der Gleichförmigkeit der Ladungsverteilung einem Lader des Typs, bei welchem ein Koronaentlader verwendet ist, weit unterlegen.

Tatsächlich wurden bereits Flecke auf dem Untergrund von Bildern festgestellt, welche an frühen Wintermorgen mittels eines Laserdruckers mit Hilfe einer Laderolle hergestellt worden sind. Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, daß sich der elektrische Widerstand der Laderolle, welche während der Nachtzeit einer niedrigen Temperatur ausgesetzt war, erhöht hat, und sich daher das Ladepo tential der photoleitfähigen Trommel um etwa 200V im Vergleich zu dem normalen Temperatur- und Feuchtigkeitsbereich erniedrigt hat, so daß es dadurch zu einer Art Umkehrentwicklung gekommen ist.

In der offengelegeten japanischen Patentanmeldung Nr. 149 668/1988 (welche nachstehend als Dokument 1 bezeichnet wird) ist ausgeführt, daß die Gleichförmig keit einer Ladung merklich verbessert wird, wenn eine Wechselspannung mit einem Spitzenwert, welcher zweimal so hoch ist wie eine Lade-Ausgangsspannung (VTH) im Falle des Anlegens einer Gleichspannung dieser überlagert wird. In der offenge legten japanischen Patentanmeldung Nr. 132 356/1981 (die nachstehend als Dokument 2 bezeichnet wird) ist eine Ausführung beschrieben, bei welcher eine Spannung von einer Konstantstromquelle aus an eine Laderolle angelegt wird, um die Empfindlichkeit der Laderolle gegenüber Umgebungsbedingungen zu verringern. In der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 156 476/1990 (welche nachstehend als Dokument 3 bezeichnet wird) ist eine Anordnung vorgeschlagen, in welcher eine Gleichspannung, der eine Wechselspannung überlagert ist, an eine Laderolle angelegt wird, um ein zuverlässiges Laden unabhängig von der Umgebung zu gewährleisten. Ferner ist in einer weiteren offengelegten japanischen Patentan meldung Nr. 288 174/1990 (die nachstehend als Dokument 4 bezeichnet wird) eine Einrichtung zum Heizen einer Laderolle beschrieben, um dadurch die Abhängigkeit der Rolle von der Umgebung bzw. den Umgebungsbedingungen zu beseitigen.

Bei dem Vorschlag in dem Dokument 1 wird eine Wechselspannungsquelle zusätzlich zu einer Gleichspannungsquelle benötigt, um die Wechselspannung der Gleichspannung zu überlagern, wodurch die Kosten der Einrichtung erhöht werden. Da jedoch ein großer Teil des Wechselstroms nicht zu dem Ladepotential des photoleitfähigen Elements beiträgt, ist dadurch unwirtschaftlich gearbeitet. Dadurch werden nicht nur die laufenden Kosten der Einrichtung erhöht, sondern es wird auch eine große Menge Ozon erzeugt, wodurch es zu den vorstehend angeführten kritischen Problemen kommt. Bei dem Vorschlag in Dokument 2 kann erwartet werden, daß infolge der Konstantstromquelle der Strom und folglich das Ladepoten tial des photoleitfähigen Elements unabhängig von dem elektrischen Widerstand der Laderolle konstant bleibt. In der Praxis sind Änderungen im Leckstrom, welche auf sich ändernde Umgebungsbedingungen, insbesondere auf die Feuchtigkeit zurück zuführen sind, jedoch nicht vernachlässigbar. Folglich ändert sich die Stromver teilung bei dem Laden des photoleitfähigen Elements, wodurch die Ladung in bestimmten Teilen der geladenen Oberfläche des photoleitfähigen Elements unregelmäßig wird. Durch den Vorschlag in dem Dokument 3 werden die Kosten infolge der (zusätzlichen) Gleichspannungsquelle erhöht, obwohl dadurch ein unregelmäßiges Laden reduziert wird. Ferner werden bei der Ausführung nach Dokument 4 sowohl die Abmessungen als auch die Kosten der Einrichtung größer, da die Heizeinrichtung die gesamte Laderolle heizt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Ladevorrichtung mit einer drehbaren Laderolle zum Laden eines photoleitfähigen Elements zu schaffen, welche die Möglichkeit bietet, das photoleitfähige Element besonders gleichmäßig, also mit hoher Gleichförmigkeit der Ladungsverteilung aufzuladen und bei der die Lebensdauer der Laderolle wesentlich gegenüber herkömmlichen Konstruktionen erhöht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine übliche Laderolle;

Fig. 2 eine Schnittansicht durch eine spezifische Prüfvor richtung, welche auf einem elektrophotographischen Prozeß basiert und dazu verwendet wird, um die Kenndaten einer Laderolle zu bestimmen;

Fig. 3 einen Graphen, in welchem eine Beziehung zwischen einer an eine Laderolle angelegten Gleichspannung und einem Ladepotential einer photoleitfähigen Trom mel wiedergegeben ist;

Fig. 4 Unregelmäßigkeiten in dem Ladepotential, wenn in der Bewegungsrichtung der Trommel gemessen wird;

Fig. 5 ein spezifisches Ladungsunregelmäßigkeitsmuster;

Fig. 6 eine Aufstellung zum Vergleich von Ozonkonzentra tionen;

Fig. 7 die Kenndaten von drei Arten von für einen Test hergestellten Rollen;

Fig. 8A bis 8E Abschnitte die jeweils eine bevorzugte Aus führungsform mit Merkmalen nach der Erfindung zeigen;

Fig. 9 eine Bilderzeugungseinrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung;

Fig. 10A bis 10C eine mit der Erfindung erreichte Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik;

Fig. 11 einen Graphen, in welchem eine Beziehung zwischen der Oberflächentemperatur einer Laderolle, der Widerstand eines Thermistors und der Ausgangsspannung einer Energiequelle angegeben sind;

Fig. 12 bis 14 Schnittansicht, die jeweils unterschiedliche Bilderzeugungseinrichtungen mit Merkmalen nach der Erfindung wie dergeben;

Fig. 15 Schnitte in drei Arten von Laderollen mit Merkmalen nach der Erfindung;

Fig. 16 in einer tabellarischen Aufstellung eine Beziehung zwischen der Dicke von Epichlorhydrin-Kautschuk und der gleichförmigen Ladungscharakteristik;

Fig. 17 Graphen, welche die Ladungscharakteristik einer Laderolle unter verschiedenen Bedingungen zeigen;

Fig. 18 eine tabellarische Aufstellung zum Vergleichen von Ozonkonzentrationen;

Fig. 19A und 19B Schnittansichten einer weiteren Bilderzeu gungseinrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung;

Fig. 20A und 20B die Abhängigkeit verschiedener Kennwerte einer Laderolle mit Merkmalen nach der Erfindung von der Tempe ratur;

Fig. 22A und 22B die Abhängigkeit verschiedener Kenndaten einer Laderolle mit Merkmalen nach der Erfindung von der Feuchtigkeit;

Fig. 23 bis 25 Schnittansichten weiterer Bilderzeugungsein richtungen mit Merkmalen nach der Erfindung;

Fig. 26 einen Graphen, in welchem eine Beziehung der Oberflä chentemperatur einer Laderolle, des Widerstandes eines Thermistors und einer an die Entladerolle an gelegten Spannung wiedergegeben ist;

Fig. 27 weitere Entladerolle mit Merkmalen nach der Erfindung;

Fig. 28 eine Schnittansicht, in welcher eine Bilderzeugungs einrichtung mit einer Entladerolle mit Merkmalen nach der Erfin dung wiedergegeben ist;

Fig. 29 Ladekenndaten einer Laderolle unter unterschiedlichen Bedingungen;

Fig. 30 in einer tabellarischen Aufstellung die Mengen an Perchlorsäure-Lithiumsalz, dem Urethan-Kautschuk hinzugefügt ist, und elektrischen Widerstandswerten;

Fig. 31 eine Schnittansicht einer spezifischen Prüfeinrich tung, die bei einer Laderolle mit Merkmalen nach der Erfindung verwendbar ist;

Fig. 32A und 32B die mit der Einrichtung der Fig. 31 durchge führten Prüfergebnisse;

Fig. 33 eine I-Vs- und eine Vs-Va-Kennlinie einer Laderolle mit Merkmalen nach der Erfindung, die bei einer Temperatur von 25°C und bei einer Feuchtigkeit von 50% gemessen worden sind;

Fig. 34 wie eine herkömmliche Laderolle verwendet wird;

Fig. 35 einen Abschnitt, in welchem eine herkömmliche Lade rolle in einer Bilderzeugungseinrichtung gezeigt ist, und

Fig. 36 eine Beziehung zwischen einer an eine Laderolle ange legten Spannung und einem Ladepotential einer photo leitfähigen Trommel, die unter verschiedenen Bedin gungen beobachtet worden sind.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden zuerst einige herkömmliche Ladevorrichtungen der Art, bei welchen eine Laderolle verwendet ist, anhand von Fig. 34 bis 36 beschrie ben. Eine in Fig. 34 dargestellte Ladevorrichtung hat eine Laderolle 3400, welche in Anlage an einer photoleitfähigen Trommel 3401 gehalten und durch diese gedreht wird. Die Lade rolle 3400 hat einen Metallkern 3402. Wenn eine Spannung von einer Energiequelle 3403 an den Kern 3402 der Laderolle 3400 angelegt wird, lädt die Rolle 3400 die Oberfläche der Trom mel 3401. Bei Verwenden der Laderolle 3400 ist es möglich, die geforderte Spannung der Energiequelle 3400 zu erniedri gen und die Ozonmenge zu reduzieren, die auf ein Laden zu rückzuführen ist. Außerdem verhindert die Laderolle 3400, daß sich Staubpartikel elektrostatisch auf einem Koronadraht absetzen, und es wird dadurch die Notwendigkeit einer Hoch spannungs-Energiequelle beseitigt. Jedoch besteht die Schwie rigkeit bei dieser Art Lader darin, daß die Ladungsverteilung unregelmäßig werden kann, und außerdem ist das Ladungspotential sehr empfindlich bezüglich Umgebungsbedingungen. Tatsächlich ist ein derartiger Lader hinsichtlich der Gleichförmigkeit einer Ladungsverteilung weitaus niedriger einzustufen, als ein Lader des Typs, bei welchem ein Koronaentlader verwendet wird.

In Fig. 35 ist eine weitere herkömmliche Ladevorrichtung mit einer Laderolle dargestellt. Eine photoleitfähige Trommel 3501 besteht aus einer Metalltrommel 3501a und einer photo leitfähigen Schicht 3501b auf der Oberfläche der Trommel 3501.

Eine Laderolle 3502 weist einen Metallkern 3502c, eine leit fähige Gummischicht 3502b und eine Widerstandsschicht 3502a auf, welche die Oberfläche der Rolle 3502 bildet. Wenn die Trommel 3501 im Uhrzeigersinn gedreht wird, wie in Fig. 35 dargestellt ist, wird die Laderolle 3502 durch die Trommel 3501 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht. Eine Gleichspannungs energiequelle 3503 ist zwischen die Trommel 3501 und die Laderolle 3502 geschaltet. Ein Elektrometer 3504 ist in unmittel barer Nähe der Trommel 3501 angeordnet, um deren Ladungspo tential zu messen. Es sollen nunmehr drei verschiedene Um gebungsarten geben, z. B. eine Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit, bei welcher die Temperatur 30°C ist und die Feuchtigkeit 90% beträgt, eine Umgebung mit normaler Temperatur und normaler Feuchtigkeit, bei welcher die Tempe ratur 25°C ist und die Feuchtigkeit 52% beträgt, und eine Umgebung mit niedriger Temperatur und niedriger Feuchtigkeit, bei welcher die Temperatur 10°C und die Feuchtigkeit 15% ist. Dann werden in jeder dieser Umgebungen eine angelegte Spannung Va(-kV) und ein Ladepotential Vs(-kV) zueinander in Beziehung gesetzt, wie in Fig. 36 dargestellt ist. Wenn die Hochspannungs-Energiequelle 4503 durch eine Konstant stromquelle ausgeführt ist und so eingestellt ist,um eine Ladespannung Vs von -800V anzulegen, beträgt die Spannung Va genau -1,5kV, wie in Fig. 36 dargestellt ist. Wenn sich die Umgebung in eine Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit ändert, ändert sich das Ladungspotential Vs auf etwa -900V; wenn sich die Umgebung auf eine mit nie driger Temperatur und niedriger Feuchtigkeit ändert, ändert sich letztere auf etwa -600V. Auf diese Weise ändert sich das Ladungspotential insgesamt über einen Bereich von 300V, wo durch sich bei der praktischen Nutzung zahlreiche Schwierig keiten ergeben.

Obwohl diese Ausführungen vorgeschlagen worden sind, um die vorstehenden Schwierigkeiten zu beseitigen, ist keine dieser Lösungen voll zufriedenstellend, wie eingangs bereits ausge führt ist.

Nachstehend wird nunmehr die Erfindung im einzelnen beschrie ben. Fig. 1 zeigt den Aufbau einer üblichen Laderolle 100, welche einen Metallkern 101 mit einem Durchmesser von 8mm, eine etwa 4mm dicke, leitfähige, elastische Schicht 102, welche den Kern 101 bedeckt und durch Silikonkautschuk mit feinst verteiltem Kohlenstoff (10³Ωcm) gebildet ist, und eine 50 µm dicke Oberflächenschicht 103, welche die elasti sche Schicht 102 bedeckt und aus Nylon (10¹²Ωcm) besteht.

In Fig. 2 ist eine Bilderzeugungseinrichtung dargestellt, die zum Testen und Überprüfen der Laderolle der Fig. 2 hinsicht lich der Ladecharakteristik und der Gleichförmigkeit einer Ladungsverteilung verwendet wird. Die Einrichtung hat eine photoleitfähige Trommel 201 und die Laderolle 100, welche an der Trommel 201 in Anlage gehalten ist. In einem Entwick lungsabschnitt 202 wird mittels Toner ein elektrostatisches, latentes Bild entwickelt, das auf der Trommel 201 erzeugt worden ist, dessen Oberfläche durch die Laderolle 10 geladen worden ist. Ein Übertragungslader 203 überträgt das sich ergebende Tonerbild von der Trommel 201 an ein Papier oder ein entsprechendes Aufzeichnungsmedium, das über eine nicht dargestellte Transportbahn zugeführt worden ist. Ein Trenn lader 204 entlädt nach der Bildübertragung das Papier, um es so von der Trommel 201 zu trennen. Mittels einer Reini gungsschneide 205 wird der Toner entfernt, welcher auf der Trommel 201 nach der Bildübertragung verblieben ist. Eine Entladelampe 206 verteilt die Ladung, welche ebenfalls nach der Bildübertragung auf der Trommel 201 zurückgeblieben ist. Mittels einer Energiequelle 207 wird eine Spannung an die Entladerolle 100 angelegt. Der Entwicklungsabschnitt 202 hat eine Entwicklungshülle 202a, um den Toner auf die Trommel 201 zu transportieren. Eine Vorspannung wird an die Entwick lungshülse 202a angelegt, um die Tonermenge einzustellen, die auf die Trommel 201 aufzubringen ist. Ebenso ist in Fig. 2 eine Ozon-Überwachungseinheit 208 vorgesehen, um das Ozon zu überwachen, das dem Betrieb der Laderolle 100 zuzuschreiben ist; an einer Stelle unmittelbar vor dem Entwicklungsab schnitt 202 ist ein Elektrometer 209 vorgesehen, welche zu der Mitte der Trommel 201 hin weist.

Während des Betriebs wird die Trommel 201 mit einer Linear gerschwindigkeit durch einen nicht dargestellten An trieb gedreht. Die Laderolle 100 lädt die Oberfläche der Trommel 201 mit negativer Polarität entsprechend einer Span nung von der Energiequelle 207. Wenn die geladene Oberfläche der Trommel 201 bildmäßig belichtet wird, wird die Ladung auf der Trommel 201 auf der Basis der Lichtintensität selek tiv gelöscht (ausgebreitet). Folglich wird ein latentes Bild elektrostatisch auf der Trommel 201 erzeugt. In dem Entwick lungsabschnitt 202 wird das latente Bild durch eine Umkehr entwicklung entwickelt, wodurch es in ein Tonerbild umgesetzt wird. Der Übertragungslader 203 überträgt das Tonerbild von der Trommel 201 auf ein über die Transportbahn zugeführtes Papier. Mittels des Trennladers 204 wird das Papier mit dem Tonerbild von der Trommel 201 getrennt; Toner und Ladung, welche auf der Trommel 201 nach der Bildübertragung verblie ben sind, werden mittels einer Reinigungsschneide 205 bzw. der Entladelampe entfernt. Hierdurch ist ein Bilderzeugungs-Zyklus beendet.

Fig. 3 und 4 zeigen die Ladecharakteristik bzw. die Gleichför migkeit einer Ladungsverteilung, welche mittels des Elektro meters 209 bestimmt worden ist. Insbesondere zeigt Fig. 3 eine Beziehung zwischen der an die Laderolle 100 angelegten Gleich spannung Va(-kV) und dem auf die Trommel 201 aufgebrachten Ladungspotential Vs(-V). In Fig. 4 sind Unregelmäßigkeiten in dem Ladungspotential Vs auf der Trommel 201 dargestellt, welche mittels des Elektrometers 209 in der Bewegungsrichtung der Trommel 201 gemessen worden sind. Wie dargestellt, werden I: eine Gleichspannung (-1200V) und II: eine Gleich- und Wechselspannung (Gleichspg.-600V und Wechselspg.Vp-p = 2,0 kV/f = 1,0 kHz) an die Laderolle 100 angelegt. Während der Unregelmäßigkeitsbereich im Ladungspotential Vs|VS_(MAX) -VS_(MIN)|-80V unter der Bedingung I ist, beträgt er bei der Bedingung II etwa 10V.

Ferner soll eine Umkehrentwicklung in Verbindung mit einem Ladungspotential Vs (von etwa -600V) mit einer Entwicklungs vorspannung VB (-550V, -600V, -650V) bewirkt werden. Dann wird, wie in Fig. 5 dargestellt, der Toner in Teilen aufge bracht, in welchen das Ladungspotential Vs niedriger als die Vorspannung V_B ist, d. h. die Ladungsverteilung ist über der gesamten geladenen Fläche unregelmäßig. Folglich wird unter der vorstehend wiedergegebenen Bedingung I der Hintergrund im Bereich der Laderolle 100 verunreinigt. Dies wird durch die Unregelmäßigkeit in der Ladungsverteilung festgestellt, welche auf die nicht-gleichförmige elektrische Charakteristik der Rollenschicht zurückzuführen ist. Im Vergleich hierzu ist unter der Bedingung II der Toner schwach über der gesamten Fläche aufgebracht, d. h. die Unregelmäßigkeit in der Ladungs verteilung ist unmerklich.

In Fig. 6 sind Ozon-(O₃) Konzentrationen (ppm) aufgetragen, welche unter den Bedingungen I und II am Einlaß der Ozon überwachungseinheit 208 festgestellt worden ist, welche an der Auslaßseite des Teils angeordnet ist, wo sich die Lade rolle 100 und die Trommel 201 berühren. Wie Fig. 6a zeigt, verstärkt der Wechselstrom die Ozonerzeugung. Hieraus folgt, daß, wenn nur die Gleichspannung an die Laderolle 100 ange legt wird, d. h. wenn die Wechselspannung der Gleichspannung nicht überlagert wird, Ozon reduziert werden kann. Weitere Studien bezüglich der Ladungsunregelmäßigkeit, die auftritt, wenn die Gleichspannung an die Laderolle 100 angelegt wird, haben gezeigt, daß dies der Tatsache zuzuschreiben ist, daß die leitfähige, elastische Schicht 102 durch eine Kohlenstoff- Silikon-Kautschuk-Dispersion ausgeführt ist. Dies wurde heraus gefunden, indem eine Laderolle (aus Nylon/Epichlorhydrin-Kautschuk) verwendet wurde, deren leitfähige, elastische Schicht 102 aus Epichlorhydrin-Kautschuk bestand. Insbeson dere ergibt sich die Unregelmäßigkeit aus der nicht-gleich förmigen, elektrischen Charakteristik der Schicht 102, welche ihrerseits aus der unvollständigen Dispersion Kohlen stoff(Silikonkautschuk resultiert. Die Unregelmäßigkeit wird beseitigt, wenn eine derartige Dispersion durch Epichlor hydrin-Kautschuk ersetzt wird, welcher nicht dispersibel ist.

Die Nylon-Oberflächenschicht 103 der Laderolle 100 ist äußerst empfindlich bezüglich Umgebungsbedingungen. Um dies zu überprüfen, wurden, wie in Fig. 7 dargestellt, Laderollen 100(a), (b) und (c) jeweils aus einem speziellen Material hergestellt und bezüglich der Ladecharakteristik und der Ladungsgleichförmigkeit bewertet. Wie Fig. 7 zeigt, sollte, um eine gleichförmige Ladungsverteilung nur mit der Gleich spannung zu erreichen, die (2 bis 20mm dicke) elastische Schicht der Laderolle 100 elektrisch gleichförmig sein. Diesbezüglich ist, obwohl eine einzige Schicht (Rolle (a) in Fig. 7) aus einem indispersiblen Kautschuk mit niedri gem Widerstand (aus Epichlorhydrin-Kautschuk) optimal ist, die damit erreichbare Oberflächenkonfiguration nicht er wünscht und verschlechtert die Gleichförmigkeit einer Ladungs verteilung. Um die Oberflächenkonfiguration zu verbessern, ist die Rolle (b) in Fig. 7 mit einer 30 µm dicken Kunstharz-Oberflächenschicht versehen. Hierdurch werden jedoch die Ladecharakteristik und die Ladungsgleichförmigkeit verschlech tert, da die Oberflächenschicht aus Fluorkunstharz einen hohen Widerstandswert hat. Um die Oberflächenkonfiguration zu verbessern, ohne die Ladecharakteristik zu beeinflussen, kann eine 10 bis 100 µm dicke Oberflächenschicht aus einem Kautschuk mit niedrigem Widerstand und mit einer Kunstharz dispersion gebildet werden, welche auch die elastische Schicht darstellt. Die Rolle (c) in Fig. 7 hat eine derartige Ober flächenschicht. Vorzugsweise sollte die Kunstharzkonzentra tion der Oberflächenschicht in Richtung der Oberfläche kon sequent größer werden, während die Kautschukkonzentration in Richtung der elastischen Schicht konsequent zunehmen sollte. Diese Art Oberflächenschicht kann gebildet werden, wenn Lösungen, die jeweils ein ganz bestimmtes Mischungs verhältnis von Kunstharz und Kautschuk haben, übereinander aufgebracht werden. Für die elastische Schicht kann Epichlor hydrin-, Nitril-, Urethan-, Acryl- oder Chloropretan-Kaut schuk verwendet werden. Bezüglich der Oberflächenschicht ist Fluor-, Silikon-, oder ein ähnliches Kunstharz am vor teilhaftesten.

Wie vorstehend ausgeführt, ist die Laderolle gemäß der Erfindung, die geschaffen ist, um eine gleichförmige Ladungsver teilung nur durch eine Gleichspannung zu erreichen, und die herkömmliche Laderolle, die auf eine Wechselspannung ange wiesen ist, um dasselbe zu erreichen, beachtlich verschieden hinsichtlich der Ladecharakteristik (R, C) und der Struktur der Schichten. Insbesondere die herkömmliche Laderolle hat eine leitfähige, elastische Schicht (Kautschuk mit disper giertem Kunststoff) und eine Oberflächen-(Widerstands-)Schicht. Da bei dieser Art Rolle die Oberflächenschicht die Rolle eines Kondensators spielt, ist die elektrostatische Kapazi tät C groß und trägt einen großen Teil zu einer gleichförmi gen Ladungsverteilung bei. Im Vergleich hierzu wird, da die Laderolle der Erfindung die Rolle eines Widerstands spielt, (wobei die elektrostatische Kapazität C klein ist) die Gleichförmigkeit der Ladung nicht merklich verschlechtert, selbst wenn eine Wechselspannung der Gleichspannung überlagert wird.

Nunmehr werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen beschrieben.

Erste Ausführungsform

Wie in Fig. 8A dargestellt, wird in einer ersten Ausführungs form die elastische Schicht 102 der Laderolle 100 dadurch gebildet, daß Epichlorhydrin-Kautschuk auf den Kern mit einem Durchmesser von 6mm aufgebracht wird, so daß der Rollenaußen durchmesser 12 ist. Die Oberflächenschicht 102 hat einen spezifischen elektrischen Widerstand von 3×10⁸Ωcm. 100 Lösungsteile Epichlorhydrin-Kautschuk (2,5 Gewichts-% Festan teil) und 40 Lösungsteile Fluorkunstharz, der in einem Lösungsmittel lösbar ist (10,8 Gewichts-% Festanteil) werden auf die elastische Schicht 102 aufgebracht, so daß ein 30 µm dicker Film oder eine entsprechend dicke Oberflächen schicht 103 nach dem Trocknen ausgebildet ist. Die Oberflä chenschicht 103 hat einen spezifischen elektrischen Wider stand von 3×10¹⁰Ωcm. Die Laderolle 100 hat eine Ladungs charakteristik Vs = -580V gegenüber Va (Gleichspg.) von -1200 V, begrenzt die Unregelmäßigkeit im Ladungspotential Vs auf einem Bereich von 12V und führt zu einer gleichförmi gen Ladungsverteilung.

Zweite Ausführungsform

Wie in Fig. 8B dargestellt, wird Nitril-Kautschuk (NBR) auf dem Kern 101 (mit Φ 8mm) ausgebildet, so daß der Rollenaußen durchmesser 16mm ist, wodurch die elastische Schicht 102 ge bildet ist. Die elastische Schicht 102 hat einen spezifischen elektrischen Widerstand von 8×10^-8Ωcm. 100 Lösungsteile Nitril-Kautschuk (2,5 Gewichte Feststoff) und 40 Gewichts teile Fluor-Kunstharz, das in einem Lösungsmittel lösbar ist (10,8 Gewichts% Festanteil) werden auf die elastische Schicht 102 aufgebracht, so daß ein 50 µm dicker Film oder eine ent sprechend dicke Oberflächenschicht 103 nach dem Trocknen aus gebildet ist. Die Oberflächenschicht 103 hat einen spezifi schen elektrischen Widerstand von 8×10¹⁰Ωcm und die Lade rolle 100 hat eine Ladungscharakteristik Vs = -570V gegenüber Va (Gleichspg.) von -1200V, begrenzt die Unregelmäßigkeit im Ladungspotential Vs auf einen Bereich von 15V und ergibt eine Ladungsverteilung, welche so gleichförmig ist, wie diejenige bei der ersten Ausführungsform.

Dritte Ausführungsform

Wie in Fig. 8C dargestellt, wird Epichlorhydrin-Kautschuk auf den Kern 101 (Φ 8mm) ausgebildet, so daß der Rollenaußen durchmesser 16mm ist, wodurch die elastische Schicht 102 ge bildet ist. Eine Lösung aus Epichlorhydrin-Kautschuk (2,5 Gewichts% Festanteil) und eine Lösung aus Fluor-Kunstharz, das in einem Lösungsmittel lösbar ist (10,8 Gewichts% Fest anteil) werden vermischt und zweimal auf die elastische Schicht 102 aufgebracht, wobei deren Mischungsverhältnis ge ändert wird, so daß zwei jeweils 30 µm dicke Schichten nach dem Trocknen ausgebildet sind. Insbesondere wird ein Gemisch aus 100 Teilen Epichlorhydrin-Kautschuklösung und 20 Teilen Fluor-Kunstharzlösung (spezifischer elektrischer Widerstand 2×10⁸Ωcm) zuerst aufgebracht und dann wird ein Gemisch aus 100 Teilen einer Epichlorhydrin-Kautschuklösung und 60 Teilen einer Fluor-Kunstharzlösung (elektrischer Widerstand 2×10¹¹Ωcm) aufgebracht. Die Laderolle 100 hat infolge der großen Konzentration an Fluorharz eine glatte Oberfläche, eine Ladungscharakteristik Vs von -580V gegenüber Va (Gleich spg.) von -1200V, begrenzt die Unregelmäßigkeit im Ladungs potential Vs auf einem Bereich von 100V und es wird eine gleichförmige Ladungsverteilung erreicht.

Vierte Ausführungsform

Wie in Fig. 8D dargestellt, wird Urethan-Kautschuk auf den Metallkern 101 (Φ 6mm) aufgebracht, so daß der Rollenaußen durchmesser 12mm ist, wodurch die elastische Schicht 102 gebildet ist. Die elastische Schicht 102 hat einen spezifi schen elektrischen Widerstand von 8×10⁹Ωcm. 100 Lösungs teile Urethan-Kautschuk (2,5 Gewichts% Feststoff) 50 Lö sungsteile Silikon-Harz, das in einem Lösungsmittel lösbar ist (7,5 Gewichts% Feststoff) und 2 Teile Kohlenstoff werden auf die elastische Schicht 102 aufgebracht, so daß nach dem Trocknen ein 40 µm dicker Film oder eine entsprechende Oberflächenschicht 103 ausgebildet ist. Die Oberflächen schicht 103 hat einen spezifischen elektrischen Widerstand von 2×10⁹Ωcm. Die Laderolle hat eine Ladungscharakteristik Vs von -560V gegenüber Va (Gleichspg.) von 1200 V, begrenzt die Unregelmäßigkeit im Ladungspotential Vs auf einem Bereich von 18V und es wird eine gleichförmige Ladungsverteilung erreicht.

Fünfte Ausführungsform

Wie in Fig. 8E dargestellt, ist diese Ausführungsform iden tisch mit der vierten Ausführungsform, außer daß Urethan-Kautschuk der vierten Ausführungsform durch Chloropren-Kautschuk ersetzt wird, und daß die Oberflächenschicht 103 60 µm dick ist. Die Laderolle 100 hat eine Ladungscharak teristik Vs = -590V gegenüber Va (Gleichspg.) von -1200V, begrenzt die Unregelmäßigkeit im Ladepotential Vs auf einem Bereich von 15V, und es wird eine gleichförmige Ladungsver teilung erreicht.

Wie vorstehend ausgeführt, ist durch die Erfindung eine La dungsrolle mit einer glatten Oberfläche geschaffen, ohne daß die Ladungscharakteristik verschlechtert wird, da die Ober flächenschicht durch ein Gemisch aus Po1Atem Kunstharz und nicht-haftendem Harz ausgeführt ist. Da die Harzkonzentra tion in Richtung der Oberflächenschicht konsequent zunimmt,ent spricht die Oberflächenkonfiguration den Vorstellungen, und die Dauerhaftigkeit der Rolle ist erhöht. Da ferner der Kunstharz (indispersibel) einen spezifischen elektrischen Widerstand von 10⁶Ωcm bis 10¹⁰Ωcm hat und nicht disper sibel ist, kommt es zu keinem elektrischen Durchschlag, selbst wenn die Oberflächenschicht die Pin-Holes eines Photoleiters berührt.

Sechste Ausführungsform

In Fig. 9 ist ein Laserdrucker oder eine ähnliche Bilderzeu gungseinrichtung dargestellt, bei welcher eine sechste Aus führungsform der Erfindung verwendet ist. Die Einrichtung hat eine photoleitfähige Trommel 901 mit einem Durchmesser von beispielsweise 60mm und eine Laderolle 902, welche einen Durchmesser von 15mm hat und drehbar an der Rolle 901 in An lage gehalten ist. Eine Hochspannungsquelle 903, ist mit der Laderolle 902 verbunden. Die Laderolle 902 besteht aus einem Metallkern 902c mit einem Durchmesser von beispiels weise 10mm, einer 5mm dicken leitfähigen Kautschukschicht 902b und einer 50 µm dicken Oberflächen-Widerstandsschicht 902a. Durch eine Entwicklungseinheit 905 wird, um eine Um kehrentwicklung zu bewirken, trockener Toner auf ein latentes Bild aufgebracht, das mittels eines Laserstrahls L elektrosta tisch auf der Trommel 901 erzeugt worden ist. Eine Vorspannung Vb wird von einer Vorspannungsenergiequelle 906 an die Ent wicklungseinheit 905 angelegt. Zumindest eine der Spannungs quellen 906 oder 903′ wird entsprechend der Temperatur um die Laderolle 902 herum durch eine Zentraleinheit (CPU) 908 mittels eines Thermistors 907 gesteuert.

Versuche haben gezeigt, daß ein vorteilhaftes Bild erreich bar ist, wenn die Oberfläche der Trommel 901 mit einer linearen Geschwindigkeit v von 120mm/s bewegt wird, die Temperatur T um die Laderolle 302 herum, welche mittels des Thermistors 907 gemessen worden ist, 25°C ist, die an die Laderolle 902 angelegte Spannung Va -1,54kV beträgt, die Ladespannung Vs auf der Trommel 901 -800V ist und die Ent wicklungs-Vorspannung Vb -600V ist.

In einer Umgebung mit einer Temperatur von beispielsweise T = 10°C, welche frühen Wintermorgen entspricht und unter der herkömmlichen Bedingung, bei welcher keine der Energie quellen 903′ und 906 durch die Zentraleinheit 908 gesteuert wird, wurde eine Spannung Vs von 970V gemessen und der Un tergrund war verschmutzt, wie in Fig. 10A dargestellt ist. Die Temperatur T = 10°C soll mittels des Thermistors gefühlt und an der Zentraleinheit 908 vorliegen. Wenn dann die Vor spannung V′b auf -500V gesteuert wurde, wie in Fig. 10B dar gestellt, oder wenn die Spannung V′a an der Laderolle 902 auf -1,6kV (V′s = -650V) gesteuert wurde, wie in Fig. 10c dargestellt, wurde ein vorteilhaftes Bild erzeugt, das frei von Flecken bzw. Unsauberkeiten in seinem Untergrund ist.

In Fig. 11 sind eine T-R-Vb- und eine T-R-Va-Kennlinie aufgetragen, welche eine Beziehung zwischen der Oberflächen temperatur T der Laderolle 902, dem Widerstand R des Ther mistors 906 und der Ausgänge Vb und Va der Gleichspannungs quelle darstellen, wobei dies gilt, wenn der Thermistor 907 und die Laderolle in einer Gleichspannungs-Versorgungs schaltung für die Vorspannung Vb bzw. für die Rollenspannung Va untergebracht sind.

Siebte Ausführungsform

In der siebten Ausführungsform in Fig. 12 wird die Vorspannung Vb an der Entwicklungseinheit 905 (Fig. 9) in Übereinstimmung mit der T-R-Vb-Kennlinie der Fig. 11 gesteuert. Wie darge stellt, ist ein Thermistor 907, welcher bei der Laderolle 908 angeordnet ist, in einer Gleichspannungs-Energiequelle 906′ für die Vorspannung untergebracht, um eine optimale Vorspan nung Vb unabhängig von der Umgebung anzulegen. Hierdurch wird mit Erfolg ein vorteilhaft es Bild erreicht, das frei von einer Untergrund-Verunreinigung ist. Es wurde herausgefunden, daß ein attraktives Bild bei T = 16°C, bei R = 14kΩ und mit Vb = -560V erzeugt wird;unter einer solchen Bedingung ist Vs = -740V.

Achte Ausführungsform

Bei einer achten Ausführungsform in Fig. 13 wird die Spannung Va an der Laderolle 902 (Fig. 9) auf der Basis der T-R-Va- Kennlinie der Fig. 11 gesteuert. Der Thermistor 907 bei der Laderolle 902 ist in einer Gleichspannungs-Versorgungsschal tung 903′ untergebracht, so daß unabhängig von der Umgebung eine optimale Spannung Va abgegeben wird. Die Ladespannung Vs an der Trommel 901 wird im wesentlichen konstant gehal ten. In dieser Ausführungsform ist ein Reinigungsteil 909 in Anlage an der Laderolle 902 gehalten, um deren Oberfläche zu reinigen. Gleichzeitig dient das Reinigungsteil 909 dazu, die Oberflächentemperatur der Laderolle 902 schnell durch Reibung zu erhöhen, selbst wenn die Umgebungstemperatur niedrig ist, um dadurch die Ladecharakteristik zu erhöhen. Insbesondere wurde, wenn die Temperatur T 12°C, Spannung Vs -760V bei einem Widerstand R von 16,5kΩ und die Spannung Va -1,65kV betrug, ein vorteilhaftes Bild nur dann erhalten, wenn die Spannung Vb auf -600V gehalten wurde.

Neunte Ausführungsform

Obwohl mit dem bisher beschriebenen Ausführungsformen attrak tive Bilder in einer äußerst kurzen Zeitspanne erzeugt wer den können, selbst wenn die Umgebungstemperatur niedrig ist, wird bei der neunten Ausführungsform, wie anhand von Fig. 14 beschrieben wird, die Wartezeit noch weiter mit Erfolg verringert. Wie in Fig. 14 dargestellt, hat die Bilderzeugungs einrichtung eine Bildübertragungseinrichtung 910, eine Fixier einheit 911 mit einer Heizrolle, ein Sauggebläse 912 und eine Trommel-Reinigungseinrichtung 913 zusätzlich zu der photoleitfähigen Trommel 901, einer Laderolle 902 und einer Entwicklungseinheit 905. In dieser Ausführungsform ist Koh lenstoff in der leitfähigen Kautschukschicht 902b der Lade rolle 902 feinst verteilt, oder eine geringe Menge Kohlen stoff ist der Oberflächen-Widerstandsschicht 902a der Rolle 902 hinzugefügt. Dies ist vorgesehen, um die Oberfläche der Laderolle 902 zu schwärzen, um dadurch die Absorption von Strahlungswärme zu erhöhen.

Bevor die Einrichtung benutzt wird, laufen Trommel 905 und die Laderolle 902 leer und das Sauggebläse 912 wird in umgekehrter Richtung gedreht, während gleichzeitig der Heizer der Fixiereinheit 911 angeschaltet wird. Dann wird die von der Fixiereinheit 911 erzeugte Wärme zu der Laderolle 902 geleitet, um deren Oberflächentemperatur zu erhöhen. Wenn die Temperatur der Laderolle 902 eine vorher bestimmte Temperatur erreicht, was mittels des Thermistors 902 gefühlt wird, wird das Sauggebläse 912 in der Absaugrich tung gedreht. In diesem Zustand wird dann in der Einrichtung der Bilderzeugungsvorgang gestartet. Bei einer solchen Pro zedur kann sich die Oberflächentemperatur der Laderolle 902 in äußerst kurzer Zeit erhöhen, selbst wenn die Einrichtung über eine lange Zeitspanne auf einer niedrigen Temperatur belassen worden ist, um dadurch ein Bild zu erzeugen, dessen Untergrund frei von einer Verunreinigung ist. Erforderlichen falls können die Vorspannungs-Steuereinrichtung und/oder die Laderollenspannungs-Steuereinrichtung, welche in Ver bindung mit der siebten und achten Ausführungsform beschrie ben worden sind, zu der neunten Ausführungsform hinzugefügt werden, um die Wartezeit noch weiter zu verkürzen.

Nachstehend wird eine unregelmäßige Ladungsverteilung ins besondere auf einer herkömmlichen Laderolle (welche eine harzartige Schicht hat, welche eine leitfähige elastische Schicht bedeckt) beschrieben, wenn eine Gleichspannung an gelegt wird. Diese unregelmäßige Ladungsverteilung rührt von der Tatsache her, daß die leitfähige elastische Schicht durch eine Kohlenstoff-Silikonkautschuk-Dispersion ausge führt ist. Dies ergab sich bei der Verwendung einer Lade rolle, deren leitfähige, elastische Schicht aus Epichlorhy drin-Kautschuk bestand (ein harzartiger Mantel auf einer elastischen Epichlorhydrin-Kautschukschicht). Insbesondere resultiert die Unregelmäßigkeit aus der nicht-gleichförmi gen elektrischen Charakteristik der leitfähigen elastischen Schicht, welche wiederum von der unvollständigen Dispersion von Kohlenstoff und Silikonkautschuk herrührt. Die Unregel mäßigkeit wird beseitigt,wenn eine derartige Dispersion durch Epichlorhydrin-Kautschuk ersetzt wird, welcher nicht dispersibel ist.

In Fig. 15 sind drei Laderollen dargestellt, welche eine gleichförmige Ladungsverteilung aufbauen können, wenn nur eine Gleichspannung angelegt wird, d. h. selbst wenn eine Wechselspannung der Gleichspannung nicht überlagert wird. Insbesondere ist eine Rolle A mit einer einzigen (1 bis 5mm dicken) Schicht aus Epichlorhydrin-Kautschuk versehen, während eine Rolle B mit einer (1 bis 5mm dicken) elasti schen Epichlorhydrin-Kautschukschicht und einer (1 bis 10 µm dicken) Fluorharz-Oberflächenschicht versehen ist. Ebenso ist eine Rolle C mit einer (1 bis 5mm dicken) Epichlorhy drin-Kautschukschicht und einer Fluorharz- und Epichlor hydrin-Dispersionsschicht (die 10 bis 100 µm dick ist) verse hen. Erforderlichenfalls kann in der einzigen (1 bis 5mm dicken) Epichlorhydrin-Kautschukschicht der Fluorharz in dem Oberflächenteil konzentriert sein. Die Dicke der Epichlor hydrin-Kautschukschicht ist 1 bis 5mm dick gewählt, da eine Dicke von weniger als 1mm nicht ausreicht, um eine Schicht mit einer hinreichenden Elastizität zu schaffen, während eine Dicke von mehr als 5mm den spezifischen elektrischen Widerstand erhöhen würde oder wenn sie durch einen Heizer erwärmt wird, eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit haben würde, d. h. der spezifische Widerstand würde nicht abnehmen. In Fig. 16 sind die Versuchsergebnisse hinsichtlich der Dicke der (1 bis 5mm dicken) Epichlorhydrin-Kautschukschicht auf gelistet.

Zehnte Ausführungsform

Eine elastische Schicht (von 3mm) aus Epichlorhydrin-Kaut schuk wird auf einem Metallkern 1501 (Φ 8mm) ausgebildet, so daß der Rollenaußendurchmesser 14mm ist. 100 Lösungsteile Epichlorhydrin-Kautschuk (2,5 Gewichts-% Feststoff)und 40 Lösungsteile eines Fluorharz, das in einem Lösungsmittel lösbar ist (10,8 Gewichts-% Bestanteil) werden auf die ela stische Schicht aufgebracht, so daß eine 30 µm dicke Schicht nach dem Trocknen ausgebildet wird. Die sich ergebende Lade rolle (Rolle C in Fig. 15) hat eine Ladungscharakteristik Vs = -720V gegenüber Va = -1400V, begrenzt die Unregelmäßig keit im Ladungspotential Vs auf einem Bereich von 10V und hat eine gleichförmige Ladungsverteilung.

Wenn eine mit Wechselspannung überlagerte Gleichspannung an die Entladerolle angelegt wird wie in der herkömmlichen Einrichtung, ist eine gleichförmige Ladungsverteilung infolge der Wechselspannung erreichbar, selbst wenn das latente Bild potential auf der photoleitfähigen Trommel verbleibt oder wenn Resttoner auf der Trommel vorhanden ist. Um jedoch eine gleichförmige Ladungsverteilung nur durch Gleichspannung zu erreichen, muß nicht nur die Laderolle (eine nicht-disper sive, elastische Epichlorhydrin-Rolle) gemäß der Erfindung verwendet werden, sondern es muß auch der Teil der Trommel oberfläche vorher durch eine Löschlampe (QL) belichtet wer den, um zuerst den Ladeschritt einzustellen, und auch von dem Teil derselben der Resttoner vollständig mit der Reinigungs schneide entfernt werden, um zuerst den Ladeschritt vorzu nehmen. Wenn diesen Anforderungen genügt wurde, wurde eine gleichförmige Ladungsverteilung eingestellt, wie in Fig. 17 mit II angegeben ist. Ohne die Löschlampe (QL) würde die Ladungsverteilung unregelmäßig, da das Restpotential hinzu addiert würde, wie in Fig. 17 durch I angegeben ist. Ferner würde, wenn die Reinigung unzureichend wäre, der auf der Trommel verbliebene Toner an die Laderolle übertragen wer den, was danach zu einer unregelmäßigen Ladung im Bereich der Entladerolle führen würde, wie in Fig. 17 III bezeichnet ist.

Elfte Ausführungsform

Ozon nimmt deutlich ab, wenn die Bildübertragungsvorrichtung anstelle der herkömmlichen Koronaübertragung durch eine Kontaktübertragung durchgeführt wird. In Fig. 18 sind Ozon konzentrationen, insbesondere zum Vergleichen einer Rollen- und einer Koronaladung tabellarisch wiedergegeben. Fig. 19A und 19B zeigen eine spezielle Ausführung einer Bilderzeugungs einrichtung gemäß dieser Ausführungsform. Im Falle einer photoleitfähigen Trommel (oder eines entsprechenden Bandes) 1901a mit einem kleinen Durchmesser, durch dessen Krümmung eine Papiertrennung erreicht wird, wird eine Bildübertragung mittels einer Übertragungsrolle 1902 bewirkt (Fig. 19A). An dererseits wird im Falle einer photoleitfähigen Trommel 1901b, deren Durchmesser größer als 50mm ist, eine Bildübertragung mit Hilfe eines Übertragungsbandes 1903 bewirkt (Fig. 19B). In der Bilderzeugungseinrichtung, in welcher eine Ladungs- und Bildübertragung mittels Rollen und nur mittels einer Gleich spannung durchgeführt werden, wird die zu erzeugende Ozon menge im Vergleich zu dem Koronaladungs- und Koronabildüber tragungsschema auf 1/800 bis 1/1000 oder im Vergleich zu dem Rollenladungs- und Bildübertragungsschema, bei welchem die Wechselspannung einer Gleichspannung überlagert wird, auf 1/30 bis 1/40 reduziert.

Eine (4mm dicke) elastische Schicht aus Epichlorhydrin wird auf einem Metallkern 1501 (Φ von 8mm) ausgebildet, so daß der Rollenaußendurchmesser 16mm ist, wodurch eine Laderolle (die Rolle A in Fig. 15) erzeugt ist. Die Laderolle wurde im Hinblick auf die Abhängigkeit einer I-Va- und einer Vs-Va-Kennlinie entsprechend der Temperatur und Feuchtigkeit mit Hilfe der in Fig. 20A und 20B (Fig. 21A und 21B/Fig. 22A und 22B) dargestellten Testeinrichtungen bewertet. Wie dargestellt, hängt der Widerstandswert (= Va/2) der Epichlorhydrin-Kaut schukschicht stark von der Temperatur ab (Fig. 21A), hängt aber nur wenig von der Feuchtigkeit ab (Fig. 22A). Hieraus folgt, daß die Ladekennlinie einer derartigen Schicht (Ladepoten tial Vs und gleichförmige Ladungsverteilung) merklich durch die Temperatur (Fig. 21B) beeinflußt wird, d. h. die Spannung Vs und die Gleichförmigkeit werden beide bei Temperaturen un ter 10°C niedriger. Jedoch wird die Ladungscharakteristik durch Feuchtigkeit nicht merklich beeinflußt (Fig. 22A und 22B). Um das photoleitfähige Element mit einer konstanten La dung und mit einer gleichförmigen Verteilung trotz der Ver wendung der Laderolle mit einer Epichlorhydrin-Kautschuk schicht zu laden, besteht daher eine erste Vorbedingung darin, daß die Laderolle bei Temperaturen über 10°C zu verwenden ist. Eine zweite Vorbedingung ist, daß die Spannung an der Laderolle in Anpassung an Änderungen bei Rollentemperatur korrigiert wird, welche mittels des Thermistors gefühlt wird.

Zwölfte Ausführungsform

Wie in Fig. 23 dargestellt, wird eine Laderolle 2301 als eine 4mm dicke, elastische Rolle aus Epichlorhydrin-Kautschuk aus geführt. Ein Heizer 2302 (ein Strahler von 30×200mm², 220V und 18W) wird über der Laderolle 2301 angeordnet, um kondensierten Tau zu beseitigen. Im Winter und zur Nachtzeit wird der Heizer 2301 angeschaltet, um zu verhindern, daß die Temperatur in der Einrichtung unter 5° fällt. Da die Rollen temperatur höher als 10°C ist, wenn ein Bild im Winter oder am frühen Morgen hergestellt werden soll, wird somit eine er forderliche Ladecharakteristik und daher ein ansehnliches Bild mit Hilfe von Gleichspannung erzeugt. Da der Heizer 2302 selbst die optische Anordnung und die Trommel 2303 von kon densiertem Tau befreit, sind fehlerhafte Bilder ebenfalls ausgeschlossen.

13. Ausführungsform

Wie in Fig. 24 dargestellt, hat eine Laderolle 2401 eine 3mm dicke Epichlorhydrin-Kautschukschicht oder eine elasti sche Schicht und eine 1 bis 3 µm dicke Überzugsschicht aus Fluorharz auf der elastischen Schicht. Ein Reinigungsteil 2402 wird gegen die Laderolle 2401 gedrückt, um deren Ober fläche zu reinigen. Wenn die Laderolle 2401 gedrückt wird, reinigt die Reinigungsschneide 2402 nicht nur die Rolle 2401, sondern erhöht auch die Oberflächentemperatur der Rolle 2401 infolge der Reibung. Im Winter oder am frühen Morgen läuft eine Trommel 2403 vor einer tatsächlichen Bilderzeugung leer, um die Oberflächentemperatur der Laderolle 2401 auf über 10°C zu erhöhen. Hierdurch wird mit Erfolg die Ladekennlinie auf einen normalen Wert gebracht. Das Reinigungsteil 2402 kann ständig in Anlage an der Entladerolle 2401 gehalten oder in Anlage mit der Rolle 2401 gebracht werden, wenn nur die Trommel 2403 vor einer Bilderzeugung leer mitläuft.

14. Ausführungsform

In Fig. 25 ist eine Ladungsvorrichtung mit einer Laderolle 2501 dargestellt, welche der Laderolle der zehnten Ausführungs form entspricht. In Fig. 26 ist eine Beziehung zwischen der Rollen-Oberflächentemperatur T(°C) dem Thermistorwiderstand R (kΩ) und der Rollenspannung Va (kV) dargestellt, welche von der Temperaturkennlinie der Laderolle 2501 abgeleitet ist. In einer Energiequelle 2502 der Fig. 25 ist eine Steuer schaltung untergebracht, um auf der Basis der T-R-V-Kennlinie die augenblickliche Rollentemperatur anzupassen. Bei der dar gestellten Ausführungsform kann ein konstantes Ladungspoten tial jederzeit eingestellt werden, selbst wenn die Laderolle von der Temperatur abhängt, da eine zu der Rollentemperatur passende Spannung abgegeben wird.

Nachfolgend wird eine unregelmäßige Ladungsverteilung speziell an einer herkömmlichen Laderolle (mit einer harzartigen Schicht, welche eine leitfähige, elastische Schicht bedeckt) beschrieben, wenn eine Gleichspannung angelegt wird. Die un regelmäßige Ladungsverteilung beruht auf der Tatsache, daß die leitfähige elastische Schicht durch eine Kohlenstoff- und Silikonkautschuk-Dispersion ausgeführt ist. Dies ergab sich bei der Verwendung einer Laderolle, deren leitfähige, elastische Schicht aus Urethan-Kautschuk bestand, welcher keinen Kohlenstoff enthielt oder der eine geringe Menge an Alkali-Metallsalz enthielt. Insbesondere resultiert die Unregelmäßigkeit aus der nicht-gleichförmigen elektrischen Kennlinie der leitfähigen elastischen Schicht, was wiederum auf der unvollständigen Dispersion von Kohlenstoff und Kunst harz zurückzuführen ist. Die Unregelmäßigkeit wird beseitigt, wenn eine solche Dispersion durch indispersiblen Urethan-Kautschuk ersetzt wird.

In Fig. 27 sind Rollen D und E dargestellt, bei welchen eine gleichförmige Ladungsverteilung eingestellt werden kann, wenn nur Gleichspannung angelegt wird, d. h. selbst wenn keine Wechselspannung einer Gleichspannung überlagert wird. Die Rolle D hat einen Metallkern 2701 und eine 1 bis 5mm dicke, elastische Schicht 2702 aus Urethan-Kautschuk mit und ohne einem darin enthaltenen Alkali-Metallsalz. Die Rolle E hat eine 1 bis 30 µm dicke Oberflächenschicht 2703 aus einem nicht-haftendem Harz, das auf der elastischen Schicht 2702 vorgesehen ist. Insbesondere ist die elastische Schicht 2702 nur durch Urethan-Kautschuk gebildet, dessen spezifischer elektrischer Widerstand 106 bis 10¹⁰Ωcm ist, oder durch Urethan-Kautschuk gebildet, welcher ein Alkali-Metall salz enthält und nicht durch die Dispersion aus Kohlenstoff und ähnlichen leitenden Partikeln gebildet ist. Dies sichert einen gewünschten Widerstand bezüglich der Spannung und macht die gesamte elastische Schicht elektrisch gleich. Da Urethan-Kautschuk eine angemessene Härte hat und eine ange messene Oberflächenkonfiguration schafft, reicht sogar die Rolle D. Wenn jedoch eine Laderolle mit einer höheren Leistung gewünscht wird, kann die Rolle E mit der Oberflächenschicht 2703 aus nicht-haftendem Harz (z. B. Fluor- oder Silikonharz) verwendet werden.

15. Ausführungsform

Eine 3mm dicke, elastische Schicht 2701 aus Urethan-Kautschuk wird auf einem Metallkern 2701 mit einem Durchmesser von 8mm ausgebildet, so daß der Rollenaußendurchmesser 14mm ist (Rolle D in Fig. 27). Die elastische Schicht 2701 hat einen spezifischen elektrischen Widerstand von 3×10⁹Ωcm (bei einer Temperatur von 20°C und einer Feuchtigkeit von 50%). In Fig. 28 ist ein Teil einer Bilderzeugungseinrichtung mit einer Laderolle 2800 dieser Ausführungsform dargestellt. Die Ein richtung hat eine photoleitfähige Trommel 2801, welche mit einer 30 µm dicken photoleitfähigen Schicht versehen ist. Von einer Energiequelle 2803 wird eine Gleichspannung (Va) ange legt. Eine Löschlampe (Qe) 2804 ist durch lichtemittierende Dioden (LEDs) ausgeführt. Mit einer schneidenförmigen Reini gungseinheit 2805 wird der auf der Trommel 2801 verbliebene Toner entfernt. Die Laderolle 2800 hat eine Ladecharakteristik Vs = -800V gegenüber Va = -1500V, begrenzt die Unregelmäßigkeit im Ladepotential Vs auf einem Bereich von etwa 15V und stellt eine gleichförmige Ladungsverteilung her.

Wenn eine mit Wechselspannung überlagerte Gleichspannung wie in der herkömmlichen Einrichtung an die Laderolle angelegt wird, wird eine gleichförmige Ladungsverteilung infolge der überlagerten Wechselspannung erreicht, selbst wenn Potential auf dem photoleitfähigen Element verbleibt oder wenn etwas Toner auf dem Element zurückbleibt. Um dagegen eine gleich förmige Ladungsverteilung nur mittels einer Gleichspannung einzustellen, muß ein Teil des photoleitfähigen Elements vor her mittels der Löschlampe (QL) belichtet werden, um in den Ladungsschritt einzutreten, und von einem Teil der Oberflä che des Elements muß der Resttoner mittels einer Reinigungs schneide vollständig entfernt werden, um zuerst in den La dungsschritt einzutreten, und zusätzlich muß eine Laderolle mit einer elastischen Schicht verwendet werden, welche aus Urethan-Kautschuk besteht, der ein Alkali-Metallsalz enthält oder nicht enthält und einen spezifischen elektrischen Wi derstand von 10⁶ bis 10¹⁰Ωcm hat. Unter dieser Vorausset zung ist dann eine gleichförmige Ladungsverteilung erreich bar, wie in Fig. 29 bei II angegeben ist. Wenn die Löschlampe (QL) nicht verwendet wird, ist die Ladungsverteilung nicht gleichförmig, da das Restpotential hinzukommt, wie in Fig. 29 durch I gezeigt ist. Ferner wird, wenn die Reinigung nicht ausreicht, der auf dem photoleitfähigen Element verbliebene Toner an die Laderolle übertragen, wodurch es danach zu einer unregelmäßigen Ladung im Bereich der Rolle kommt, wie in Fig. 29 bei III angegeben ist.

16. Ausführungsform

Eine 4mm dicke, elastische Schicht 2702 aus Urethan-Kaut schuk wird auf einem Metallkern 2701 mit einem Durchmesser von 8mm ausgebildet, so daß der Rollenaußendurchmesser 16mm beträgt. Da die elastische Schicht 2702 0,5 Gewichts-% Perchlorsäure-Lithiumsalz enthält, hat sie einen spezifi schen elektrischen Widerstand von 3×10⁸Ωcm (bei einer Temperatur von 20°C und einer Feuchtigkeit von 50%). Eine Lösung aus einem in einem Lösungsmittel lösbaren Fluorharz (10,8 Gewichts-% Festanteil) wird auf die elastische Schicht 2792 aufgebracht, so daß ein 5 µm dicker Film oder eine ent sprechend dicke Oberflächenschicht 2703 nach einem Trocknen ausgebildet wird (Rolle E in Fig. 27). Wenn die Laderolle dieser Ausführungsform durch die Laderolle (Rolle D) der 15-ten Ausführungsform ersetzt wurde, war die erstere hin sichtlich der Vorteile mit der letzteren vergleichbar.

Unter verschiedenen Arten von Kunstharzen wird mit Urethan-Kautschuk ein elastischer Körper erhalten, welcher hin sichtlich einer niedrigen Härte, einer Druckfestigkeit und Druckverformung überlegen und dauerhaft ist. Urethan-Kautschuk ist folglich optimal für die elastische Schicht der Laderolle hinsichtlich Festigkeit und Härte. Jedoch besteht die Schwierigkeit darin, daß Urethan-Kaut schuk einen hohen elektrischen Widerstand hat und äußerst empfindlich hinsichtlich Umgebungsbedingungen ist.

Der Widerstand von Urethan-Kautschuk kann verringert werden, wenn ein Alkali-Metallsalz in den Urethan-Kautschuk einge bracht wird. Ferner unterscheidet sich das Alkali-Metallsalz von der Dispersion aus Kohlenstoff oder ähnlichen leitenden Artikeln, so daß dadurch der Widerstand nicht unregelmäßig wird (siehe offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 189 876/1988). Unter den Alkali-Metallsalzen ist Perhalogen-Oxysäure optimal. In Fig. 30 ist eine spezifische Beziehung zwischen der Konzentration an Perchlorsäure-Lithiumsalz von Urethan-Kautschuk und dem spezifischen elektrischen Wider stand dargestellt.

Mit der Suszeptibilität des elektrischen Widerstands von Urethan-Kautschuk bezüglich der Umgebung fertigzuwerden, kann die folgende Maßnahme ergriffen werden. Bei einem Ver such wurden die Rolle D (Fig. 27) und eine Rolle D′ mit 0,05 Gewichts-% von hinzugefügtem Perchlorsäure-Lithiumsalz ver wendet. Die Vs-Va-Kennlinie jeder der Rollen D und D′ wurde mittels einer in Fig. 31 dargestellten Prüfvorrichtung in zwei unterschiedlichen Umgebungen gemessen, d. h. in einer Umgebung, in welcher die Temperatur und die Feuchtigkeit 25°C bzw. 80% und in weiterer Umgebung, in welcher die Tem peratur und die Feuchtigkeit 15°C bzw. 30% betrugen. Fig. 32A bzw. 32B zeigen die gemessenen Vs-Va-Kennlinien der Rollen D und D′. Der Grund, warum die Rollen D und D′ sich beide in der Ladecharakteristik in den vorstehend angeführten Um gebungen ändern, liegt darin, daß der spezifische elektrische Widerstand jeder Rolle von der Umgebung abhängt. In Fig. 31 ist ein zu messender Strom I ein Strom, welchem die Spannung Va zugeordnet ist, und gleichzeitig ein Ladestrom zum Laden der photoleitfähigen Trommel auf eine Spannung Vs. Daher ist es trotz der Änderung im spezifischen elektrischen Widerstand der Laderolle möglich, das Ladepotential Vs der Trommel kon stant zu halten,wenn nur der Strom I konstant gehalten wird. Fig. 33 zeigt die I-Vs- und die Vs-Va-Kennlinie jeder Rollen D (ausgezogene Linie) und D′ (gestrichelte Linie), welche bei einer Temperatur von 25°C und einer Feuchtigkeit von 50% bestimmt worden sind. Wenn die Spannungsquelle als eine konstante Gleichspannungsquelle ausgebildet ist, ändert sich die angelegte Spannung ΔVa so,daß der Strom I an jeder der Rollen D und D′ 30 µA wird, wodurch ein Ladepotential Vs = 800V erhalten wird. Dies Verfahren ist hinsichtlich der Änderung in dem elektrischen Widerstand jeder Rolle anwendbar, welcher auf die Umgebung zurückzuführen ist.

17. Ausführungsform

Die vorstehend beschriebenen Rollen D und D′ wurden in zwei verschiedenen Umgebungen verwendet, nämlich in einer, bei welcher die Temperatur 15°C und die Feuchtigkeit 30% betrug, und in einer weiteren, in welcher die Temperatur 25°C und die Feuchtigkeit 80% betrug. Wenn die Energiequelle der in Fig. 28 dargestellten Einrichtung als eine eine Gleichspan nung liefernde Konstantstromquelle ausgeführt war, wurde das Ladungspotential Vs der photoleitfähigen Trommel mit 800 ± 25V bei einem konstanten Strom I von 30 ± 1 µA ge messen. Bei Verwenden einer Konstantstromquelle, um einen konstanten Strom an die photoleitfähige Trommel anzulegen, ist Voraussetzung, daß das Potential und Toner, welche auf der Oberfläche der Trommel zurückbleiben, vor einem Laden vollständig entfernt werden.

Es wird somit der Ladewirkungsgrad gesteigert, und es wird eine gleichförmige Ladungsverteilung nur durch Anlegen einer Gleichspannung geschaffen. Hierdurch ist eine Zunahme bei den Kosten einer Einrichtung und den Kosten einer Energiequelle und gleichzeitig die Erzeugung einer großen Menge von Ozon unterbunden. Folglich ist verhindert, daß ein Ladeteil und ein photoleitfähiges Teil schlechter werden, während gleichzeitig eine Umweltverschmutzung ausgeschlossen wird.

Es wird zumindest auf der Basis der Tempera tur um eine Laderolle herum eine an eine Laderolle anzule gende Spannung oder eine Entwicklungsvorspannung gesteuert. Hierdurch ist ein dauerhaft es Bild ohne eine Untergrund-Ver unreinigung unabhängig von dem Umgebungsbedingungen gewähr leistet. Da ein Thermistor,welcher auf die Temperatur um die Laderolle herum anspricht, in einer Energieversorgungs schaltung bezüglich einer Entwicklungsvorspannung vorgesehen ist, ist die Bilderzeugungseinrichtung in der Ausführung sehr vereinfacht.

Da ferner von einer Fixiereinheit erzeugte Wärme zu der Laden rolle geleitet wird, ist es möglich, die Oberflächentempera tur der Rolle zu erhöhen und folglich eine geforderte Bild qualität selbst bei niedrigen Temperaturen sicherzustellen, ohne von speziellen Heizeinrichtungen Gebrauch zu machen. Da außerdem die Oberfläche der Laderolle geschwärzt ist, ist die Wärmeabsorptionsrate höher, wodurch Bilder in einer kürzeren Zeitspannung zu stabilisieren sind.

Da darüber hinaus der Thermistor, welcher auf die Temperatur um die Laderolle anspricht,in einer eine Gleichspannung liefernden Energiequelle vorgesehen ist, ist eine konstante Spannung liefernde Energiequelle geschaffen, wodurch eine unregelmäßige Ladungsverteilung reduziert und ein elektrisches Durchschlagen beseitig wird was auf Änderungen in der Spannung zurückzuführen ist. Da eine Wechselspannung liefernde Energiequelle nicht verwendet wird,wird nicht nur die Erzeugung von Ozon unterdrückt, sondern es werden auch die Kosten gesenkt. Da außerdem ein Reinigungsteil an der Laderolle in Anlage gehalten ist, kann die Temperatur der Rolle aufgrund von Reibung in kurzer Zeit erhöht werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Einrichtung im Winter oder am frühen Morgen in Betrieb genommen wird.

Claims

1. Ladevorrichtung, mit einer drehbaren Laderolle zum Laden eines photoleitfä higen Elements, um auf das photoleitfähige Element eine vorbestimmte Ladung aufzubringen, wobei die Laderolle in Berührung mit dem photoleitfähigen Element gehalten ist, wobei

a) die Laderolle mit einer elastischen Schicht versehen ist, die aus einem pola ren Gummi mit einem mittleren Widerstand gebildet ist,
b) die Laderolle ferner mit einer Oberflächenschicht versehen ist, welche die elastische Schicht umgibt und welche das photoleitfähige Element berührt, wobei die Oberflächenschicht aus einem Kunstharz besteht, und
c) eine Gleichstromversorgungsquelle vorgesehen ist, um die genannte vor bestimmte Ladung über die elastische Schicht auf das photoleitfähige Element aufzutragen.

2. Ladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der polare Gummi Epichlorhydrin-Gummi aufweist.

3. Ladevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kontaktteil in Berührung mit der Laderolle derart gehalten ist, daß die Laderolle relativ zu dem Kontaktteil mit einer vorbestimmten Drehzahldifferenz zwischen Kontaktteil und Laderolle gedreht wird.

4. Ladevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kon taktteil ein Reinigungsteil aufweist, um die Laderolle zu reinigen, und daß die Laderolle vor der tatsächlichen Bilderzeugung in Drehung versetzt wird.

5. Ladevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laderol le eine schwarze Oberfläche aufweist.

6. Ladevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied in dem elektrischen Widerstand zwischen der elastischen Schicht und der Oberflächenschicht kleiner ist als 10³Ωcm.

7. Ladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Bildfixiereinrichtung, wobei die von der Fixiereinrichtung erzeugte Wärme zu der Laderolle hingeleitet wird.