DE69127227T2

DE69127227T2 - Aufladevorrichtung, Bilderzeugungsgerät mit einer solchen Vorrichtung und von dem Bilderzeugungsgerät abnehmbare Arbeitseinheit

Info

Publication number: DE69127227T2
Application number: DE69127227T
Authority: DE
Inventors: Tatsunori Ishiyama
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-05-21
Filing date: 1991-05-21
Publication date: 1998-02-26
Anticipated expiration: 2011-05-22
Also published as: EP0458273A3; EP0458273A2; US5459558A; EP0458273B1; DE69127227D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Berührungsaufladevorrichtung, die mit dem aufzuladenden (oder zu entladenden) Bauelement zum Aufladen oder Entladen in Berührung gebracht werden soll, ein Bilderzeugungsgerät mit einer solchen Vorrichtung und eine am Bilderzeugungsgerät abnehmbar befestigte Arbeitseinheit.
Bei einem Bilderzeugungsgerät, z.B. einem fotoelektrischen Gerät (Kopiergerät, Laserdrucker oder ähnliches Gerät) oder einem elektrostatischen Aufzeichnungsgerät wird zum Aufladen des Bildträgerelementes (das aufzuladende Bauelement), z.B. eines fotoempfindlichen oder dielektrischen Bauelementes, überwiegend eine Koronaentlade- oder -aufladevorrichtung verwendet.
Die Koronaentladevorrichtung bewirkt ein gleichmäßiges Aufladen des aufzuladenden Bauelementes, wie z.B. des Bildträgerelementes, auf ein bestimmtes Potential. Das Problem besteht jedoch darin, daß eine solche Vorrichtung eine Hochspannungsquelle erforderlich macht, eine geringere Aufladeeffizienz aufweist, sperrig und kompliziert konstruiert ist und demzufolge einen hohen Preis hat, daß die Koronaentladung eine relativ große Menge unerwünschtes Ozon erzeugt, daß der Aufladeleiter verunreinigt wird oder bricht oder daß ähnliche Erscheinungen auftreten.
Seit kurzem ist eine Berührungsaufladevorrichtung bekannt, deren Aufladeelement das aufzuladende Bauelement berührt und dessen Oberfläche auflädt, wobei der Vorteil dieser Vorrichtung darin besteht, daß die Spannung der erforderlichen Spannungsquelle niedrig ist, daß die Vorrichtung selbst eine einfache Konstruktion aufweist, daß Leiterbruch nicht zu verzeichnen ist und daß nur eine ganz geringe Ozonmenge erzeugt wird. Besonders bekannt geworden ist diese Vorrichtung dadurch, daß sie die Koronaentladevorrichtung zum Aufladen des aufzuladenden Bauelementes, z.B. des fotoempfindlichen Bauelementes, des dielektrischen Bauelementes oder eines anderen Bildträgerelementes in einem Bilderzeugungsgerät, ersetzt. Diese Vorrichtung entspricht z.B. den in den japanischen Offenlegungsschriften Nr. 178267/1982, 104351/1981, 40566/1983, 139156/1983 und 150975/1983 offenbarten Vorrichtungen.
Die Figuren 5A und 5B zeigen eine Berührungsaufladevorrichtung, bei der als Aufladeelement eine drehbare Rolle (Aufladerolle) verwendet wird. Figur 5A zeigt die Seitenansicht und Figur 5B die Vorderansicht mit Teilschnitt dieser Vorrichtung.
Das im fotoelektrischen Gerät verwendete aufzuladende Bauelement, in diesem Falle eine drehbare, fotoempfindlichen Trommel, nachfolgend einfach fotoempfindliche Trommel genannt, ist mit den Bezugszeichen 101 gekennzeichnet. Die fotoempfindliche Trommel wird in Pfeilrichtung (Uhrzeigerrichtung) mit einer bestimmten Arbeitsgeschwindigkeit (Umfangsgeschwindigkeit) in Drehung gesetzt.
Das Bezugszeichen 102 kennzeichnet eine Aufladerolle, die einen Grundkörper 102a in Form eines leitenden Metallkerns, eine auf dem Außenumfang des Kernes 102a aufgebrachte elastische Schicht 102b aus leitendem Gummi mit geringem spezifischen Volumenwiderstand und eine Außenschicht 102c mit hohem Widerstand (Hochwiderstandsschicht) aufweist. Der Grundkörper ist mit der elastischen Schicht 102b und der Oberflächenschicht 102c überzogen. Die beiden Enden des Metallkernes 102a sind in leitenden Lagern 103 drebbar gelagert. Die Rolle ist parallel zur fotoempfindlichen Trommel angeordnet und berührt diese. Von leitenden, an den Lagern 103 anliegenden Druckfedern 104 wird die Aufladerolle 102 mit einem bestimmten Druck gegen die fotoempfindliche Trommel 101 gepreßt.
Das Bezugszeichen 105 kennzeichnet eine Spannungsquelle, von der die Aufladerolle 102 mit einer Vorspannung gespeist wird. Das Speisen der Aufladerolle 102 durch die Spannungsquelle 105 mit einer Gleichspannung VDC von 1 - 2 KV z.B. oder einer durch Gleichspannung überlagerte Wechselspannung VAC (VDC + VAC) erfolgt über die leitenden Druckfedern 104, die leitenden Lager 103 und den leitenden Metallkern 102a.
Bei dem Berührungsaufladevorgang wird die Peripherie der sich drehenden Trommel 101 mit einer bestimmten Polarität aufgeladen.
Das Bezugszeichen A kennzeichnet die effektive Aufladebreite (etwa 300 mm z.B.).
Bei der beschriebenen Berührungsaufladevorrichtung mit einer Aufladerolle 102 als Aufladeelement sind jedoch die nachfolgend erläuterten Probleme zu verzeichnen.
Durch die an den beiden Enden oder Kraftangriffsstellen des Metallkerns 102a der Rolle wirkenden Kräfte (F, F) wird die Aufladerolle 102 gegen die fotoempfindliche Trommel (das aufzuladende Bauelement) gepreßt. Die Klemmung N zwischen der Aufladerolle 102 und der fotoempfindlichen Trommel 101 verläuft in Längsrichtung demzufolge mehr oder weniger ungleichmäßig, wie Figur 5C zeigt. Konkreter ausgedrückt, die Klemmbreite ist neben den Kraftangriffsstellen groß und in der Mitte klein. Demzufolge läuft das Aufladen an den beiden Seiten stabil ab, in der Mitte dagegen unbefriedigend.
Bei einem Versuch, durch Vergrößern der Druckkräfte F eine ausreichende Klemmbreite im Mittelteil zu erhalten, wird die Klemmbreite an den Endabschnitten zu groß, da sie z.B. den zwei- bis vierfachen Wert der im Mittelbereich erzeugten Klemmbreite erreicht.
Demzufolge verschleißen die Aufladerolle 102 und die fotoempfindliche Trommel 101 an der Seite schneller. Bei Langzeiteinsatz wird die fotoempfindliche Schicht an den Seitenabschnitten abgeschabt und das führt zum Ableiten von Strom.
Wenn die Druckkräfte F zu groß werden, neigt die mehrschichtige Aufladerolle beim Berühren der fotoempfindlichen Trommel 101 außerdem zum Abheben der Schichten voneinander.
Wenn an die Rolle 102 eine Schwingspannung (die Spannung ändert sich periodisch mit der Zeit), z.B. eine durch Gleichspannung überlagerte Wechselspannung angelegt wird, schwingt die Aufladerolle 102 entsprechend der Frequenz der Schwingspannung. Der unabsichtlich durch die Reinigungsvorrichtung für die fotoempfindliche Trommel gelangte Toner wird von der Oberfläche der fein schwingenden Aufladerolle 102 auf die Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 101 übertragen und bleibt dort haften. In diesem Fall kann durch die hohe Umgebungstemperatur und -luftfeuchtigkeit (z.B. 32,5ºC und 85% rH) der Toner auf der Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 101 schmelzen. Der mit geschmolzenem Toner behaftete Abschnitt verursacht ungeeignetes Aufladen und das führt zur Erzeugung eines schlechte Bildes. Wenn, wie bereits erwähnt, die Anpreßkräfte groß sind, wird die Reibung zwischen der Aufladerolle 102 und der fotoempfindlichen Trommel 101 vergrößert, so daß das Schmelzen von Toner besonders an den Endabschnitten der Aufladerolle zu verzeichnen ist.
Um das Tonerschmelzen unter den Bedingungen hoher Umgebungstemperatur und -luftfeuchtigkeit zu verhindern, müßten die an den Enden der Aufladerolle 102 wirkenden Anpreßkräfte F verringert werden. Das würde aber bei einer im unbelasteten Zustand geraden Rolle zu einer kleinen Klemmbreite in der Mitte führen.
Wenn die Rolle aber wegen der bei der Herstellung auftretenden unvermeidlichen Toleranzen nicht gerade ist (d.h., sie ist leicht gekrümmt), wird in einem Rotationsabschnitt die Aufladerollenoberfläche von der Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel im Mittelabschnitt getrennt. Dadurch wird das Aufladen unmöglich gemacht und ein ungeeignetes Ausgangsbild erzeugt.
Auch wegen des Tonerschmelzens ist das Aufbringen eines geeigneten Rollenanpreßdruckes sowohl an den beiden Endabschnitten als auch im Mittelabschnitt der Aufläderolle schwierig.
Die beschriebenen Probleme treten auch bei den in den Figuren 6A und 6B dargestellten Konstruktionen auf, bei denen als Aufladeelement 102A ein nicht drehbares stabförmiges oder verlängertes Anpaßelement verwendet wird und die beiden Endabschnitte des Metallkernes 102a von den Druckfedern 104 in Richtung fotoempfindliche Trommel 101 (das aufzuladende Bauelement) gedrückt werden, so daß das Aufladeelement mit einem bestimmten Druck gegen die Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 101 gepreßt wird.
Im japanischen Patentdokument JP 63-208 877 A ist ein Bildträgerelement beschrieben, gegen das eine elastische Schicht zusammen mit einer Achse gedrückt wird. Beide Enden der elastischen Schicht sind abgerundet und konvergieren mit einem Konus 2c zu den Stirnflächen, wodurch allmählich Luftspalte zur Oberfläche des fotoempfindlichen Körpers entstehen. Die elektrischen Felder, die von den Enden der Elektrodenrolle auf der aufzuladende Oberfläche aufzubauen sind, werden dadurch geschwächt.
Aus dem Dokument EP-A-0 308 185 ist eine weitere Aufladevorrichtung bekannt. Darin wird eine von elastischen Schichten umgebene Welle erwähnt. Eine der elastischen Schichten berührt die Oberflächenschicht des Bildträgerelementes.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Aufladeelementes, einer Arbeitseinheit und eines Bilderzeugungsgerätes, wobei das aufzuladende Bauelement, z.B. ein Bildträgerelement, auf einer festgelegten Erzeugungslinie gleichmäßig aufgeladen wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Aufladeelementes, einer Arbeitseinheit und eines Bilderzeugungsgerätes, wobei das aufzuladende Bauelement, z.B. ein Bildträgerelement, und das aufzuladende Bauelement in geeigneter Weise gegeneinander gedrückt werden, um das Verschleißen des aufzuladenden Bauelementes und des Aufladeelementes zu reduzieren.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Arbeitseinheit und eines Bilderzeugungsgerätes, wobei das Aufschmelzen von Toner auf das Bildträgerelement durch das Aufladeelement verhindert wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Aufladeelementes, einer Arbeitseinheit und eines Bilderzeugungsgerätes, wobei das aufzuladende Bauelement und das Aufladeelement gegeneinander gedrückt werden und die Breite und der Anpreßdruck der zwischen beiden Bauelementen erzeugten Klemmung ,unabhängig vom Abstand zur Kraftangriffsstelle oder zu den Kraftangriffsstellen, im wesentlichen gleichmäßig sind.
Diese Aufgaben erfüllen ein Gerät, eine Arbeitseinheit und ein Aufladeelement mit den in den Ansprüchen 1, 19 bzw. 22 beschriebenen Merkmalen.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlicher erkennbar.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 zeigt ein Bilderzeugungsgerät, bei dem die Berührungsaufladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Figur 2A zeigt die Vorderansicht mit Teilschnitt der Aufladevorrichtung bei nicht angedrückter Aufladerolle.
Figur 2B zeigt die gleiche Aufladevorrichtung bei Druckberührung der Aufladerolle mit der fotoempfindlichen Trommel.
Figur 2C zeigt die Klemmung.
Figur 3 zeigt die Vorderansicht mit Teilschnitt einer Aufladerolle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 4A zeigt die Vorderansicht mit Teilschnitt eines Aufladeelementes in Form eines nicht drehbaren stabförmigen oder verlängerten Anpaßelementes im unbelasteten Zustand.
Figur 4B zeigt dessen Seitenansicht.
Figur 4C zeigt die Vorderansicht mit Teilschnitt dieses Aufladeelementes bei Druckberührung mit der fotoempfindlichen Trommel.
Figur 4D zeigt die Klemmung zwischen beiden.
Figur 5A zeigt die Seitenansicht einer herkömmlichen Aufladevorrichtung mit Aufladerolle.
Figur 5B zeigt dessen Vorderansicht mit Teilschnitt.
Figur 5C zeigt die Klemmung.
Figur 6A zeigt die Seitenansicht einer Aufladevorrichtung, bei der als Aufladeelement ein nicht drehbares stabförmigen oder verlängerten Anpaßelementes verwendet wird.
Figur 6B zeigt dessen Vorderansicht mit Teilschnitt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Figur 1 zeigt ein Bilderzeugungsgerät, bei dem die Berührungsaufladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Primäraufladevorrichtung zum Aufladen des in Form einer fotoempfindlichen Trommel vorliegenden Bildträgerelementes verwendet wird. Das Bilderzeugungsgerät dieser Ausführungsform ist ein Laserdrucker, bei dem die Bildübertragung auf fotoelektrischem Weg erfolgt.
Die fotoempfindliche Trommel 1 weist einen geerdeten Trommelgrundkörper 1a aus leitendem Material wie Aluminium oder ein ähnliches Material und eine darauf aufgetragene organische Fotoleitschicht auf. Letztere bildet mit einer Dicke von etwa 20 Mikrometer die fotoempfindliche Schicht 1b. Die Trommel hat einen Außendurchmesser von 30 mm. Sie dreht sich mit einer bestimmten Arbeitsgeschwindigkeit (Umfangsgeschwindigkeit) von z.B.23 mm/s in Uhrzeigerrichtung. Die fotoempfindliche Schicht kann aus Selen, amorphem Silizium, ZnO oder ähnlichem Material hergestellt sein.
Als Berührungsaufladerolle dient die Aufladerolle 2. Sie weist einen aus Eisen oder einem ähnlichen Material hergestellten, leitenden Materialkern 2a (Grundkörper) und eine darauf aufgebrachte Schicht 2b aus leitendem Gummi auf. Der Gummi ist EPDM oder ein ähnliches Material.
Der Metallkern 2a der Aufladerolle wird von der Stromquelle 10 mit einer Schwingspannung in Form einer durch negative Gleichspannung beeinflußten Wechselspannung gespeist, so daß die Oberfläche der sich drehenden fotoempfindlichen Trommel 1 durch die Aufladerolle 2 negativ polarisiert aufgeladen wird. Die so aufgeladene Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 1 wird dann vom Laserstrahl 5 belichtet, der bei konstanter Druckdichte D (dpi) in Übereinstimmung mit den in zeitlicher Folge entsprechend den Bildinformationen gesendeten digitalen, elektrischen Bildelementinformationen bildmoduliert ist. Danach wird das Potential des belichteten Abschnittes vom Laserstrahl 5 verringert und dadurch ein latentes, elektrostatisches Bild auf der Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 1 erzeugt. Von der Entwickelvorrichtung 6 wird über eine Entwickelhülse 4 negativ aufgeladener Toner zur Oberfläche des latenten Bildes transportiert, der das latente Bild zum Umkehrbild entwikkelt.
Zeitgesteuert zum Tonerbild auf der fotoempfindlichen Trommel 1 wird von einer nicht dargestellten Blattzuführstation das Übertragungsmaterial P durch die Führung 7 bis zur Klemmstelle (Übertragungsstelle) zwischen der fotoempfindlichen Trommel 1 und der Übertragungsrolle 8 als Übertragungselement transportiert. Dann wird durch die von der Stromquelle 10 zur Übertragungsrolle 8 gelieferte Übertragungsvorspannung mit einer der Tonerladung entgegengesetzten Polarität das Tonerbild von der Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 1 nach und nach auf die Oberfläche des Übertragungsmaterials übertragen.
Nach dem Passieren der Übertragungsposition wird das Übertragungsmaterial P von der Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 1 abgehoben, einer nicht dargestellten Entwickelvorrichtung zugeführt und dort dem Bildfixiervorgang unterzogen. Als Kopie (Druck) wird es abgelegt. Nach dem Übertragungs- und Abhebvorgang wird die Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 1 durch die Reinigungsvorrichtung 9 gereinigt, um den Resttoner oder eine weitere Verunreinigung von dieser zu entfernen und sie für die nächste Bilderzeugung vorzubereiten.
Ein Steuervorrichtung in Form einer zentralen Recheneinheit 11 regelt das Potential und die Taktfolge der von der Vorspannungsquelle 10 zur Aufladerolle 2 und zur Übertragungsrolle 8 gelieferten Spannung.
Bei dieser Ausführungsform sind die Aufladerolle 2, die Entwickeleinheit 6, die Reinigungsvorrichtung 9 und die fotoempfindliche Trommel 1 (Bildträgerelement) in einer Arbeitseinheit 13 untergebracht, die an dem als Bilderzeugungsgerät verwendeten Laserdrucker abnehmbar befestigt ist. Zur Montage oder Demontage der Arbeitseinheit 13 wird diese auf der Führung 14 senkrecht zum Blatt mit der abgebildeten Figur 1 bewegt. Die Arbeitseinheit 13 muß nicht mit allen genannten Vorrichtungen ausgestattet sein, sondern kann auch nur die Aufladerolle 2 und die fotoempfindliche Trommel 1 als Ausrüstung haben.
Nachfolgend wird die mit der Aufladerolle 2 bestückten Aufladevorrichtung im Detail beschrieben. Der Metallkern 2a der Aufladerolle 2 ist eine Metallstange mit einem Durchmesser von 5 mm und der leitende Rollenkörper 2b hat, wie in Figur 2 gezeigt, in der Mitte einen Außendurchmesser R1 von 12,36 mm und an den Enden einen Außendurchmesser R2 von 12 mm. Dadurch wird die Forderung R1 > R2 erfüllt, d.h. die Rolle hat Kronenform. Bei dieser Kronenform verringert der Rollenaußendurchmesser sich von der Rollenmitte zu den Rollenenden.
Dadurch ist die mit der fotoempfindlichen Trommel 1 in Berührung kommende Oberfläche der Aufladerolle 2 druckelastisch.
Die Kronenform der Aufladerolle 2 ist erforderlich, um die in Figur 2B gezeigte effektive Aufladebreite A für die fotoempfindliche Trommel 1 zu gewährleisten.
Die an beiden Enden in den Stützlagern 3 drehbar gelagerte Aufladerolle wird parallel zur Erzeugungslinie der fotoempfindlichen Trommel 1 mit der Trommeloberfläche in Berührung gebracht. Durch die leitenden Druckfedern 4 werden die auf dem Metallkern 1a sitzenden Lager 3 mit einer bestimmten Kraft in Richtung fotoempfindliche Trommel gedrückt. Bei dieser Ausführungsform hat die an jeder Seite der Aufladerolle vorhandenen Feder 4 eine Federkonstante von 0,08 kg/mm. Die gesamte Druckkraft beträgt 1 kg (500 g auf jeder Seite). Wenn die Gesamtkraft 1,5 kg überschreitet, ist an der Rolle 2 und der Trommel 1 ein zu großer Verschleiß zu verzeichnen, so daß demzufolge eine Druckkraft von nicht größer als 1,5 kg bevorzugt wird. Bei dieser Ausführungsform folgt die Aufladerolle 2 der Drehbewegung der fotoempfindlichen Trommel 1.
Die Aufladerolle 2 wird von der Vorspannungsquelle 10 über die leitende Druckfeder 4 und den leitenden Metallkern 2a mit einer bestimmten Vorspannung gespeist, so daß die Oberfläche der sich drehenden fotoempfindlichen Trommel 1 auf ein bestimmtes Potential mit bestimmter Polarität aufgeladen wird. Bei dieser Ausführungsform ist die Polarität negativ. Die Aufladerolle 2 wird von der Vorspannungsquelle 10 mit einer Schwingspannung gespeist, die eine Kombination aus einer Gleichspannung von - 600 V und einer Sinuswechselspannung mit einem Spitze-Spitze-Wert von 1400 Vss - 2000 Vss darstellt. Die Spitze-Spitze-Spannung beträgt vorzugsweise nicht weniger als die doppelte Ladestartspannung, da sonst punktförmige Ungleichmäßigkeit auf der fotoempfindlichen Trommel 1 auftritt. Die Ladestartspannung wird wie folgt definiert. Zunächst wird ein aufzuladendes, aber noch nicht aufgeladenes Bauelement vorbereitet und das Berührungsaufladeelement bei angelegter Gleichspannung mit diesem in Berührung gebracht. Die Gleichspannung wird allmählich erhöht und das Oberflächenpotential der fotoempfindlichen Trommel (das aufzuladende Bauelement) über der angelegten Gleichspannung bei einer Steigerung um jeweils 100 V aufgetragen. Die erste Aufzeichnung erfolgt in dem Moment, wenn auf dem aufzuladenden Bauelement das Oberflächenpotential erscheint. Dann wird nach der Fehlerquadratmethode eine gerade Linie gezogen. Die Spannung, bei der die gerade Linie das Oberflächennullpotential schneidet, wird als Ladestartspannung bezeichnet.
Wenn die fotoempfindliche Trommel mit einem organischen Fotoleiter beschichtet war, betrug bei dieser Ausführungsform die Ladestartspannung 560 V.
Wenn die Aufladerolle 2 keine Druckberührung mit der fotoempfindlichen Trommel 1 hat, ist sie wie beschrieben kronenförmig, wobei die Dicke des leitenden Rollenkörpers 2b (Überzug) sich mit dem Abstand zu der Stelle, an der durch die Druckfedern 4 die Kraft zum Anpressen des Überzuges 2b an die fotoempfindliche Trommel erzeugt wird, vergrößert. Mit anderen Worten, die Überzugsdicke ist im Mittelabschnitt der Aufladerolle 2 größer als an deren beiden Enden. Die Rolle 2 wird an beiden Enden so belastet, daß sie gegen ihre Druckelastizität mit der Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 1 in Berührung kommt. Demzufolge ist die Klemmung N zwischen der Aufladerolle 2 und der fotoempfindlichen Trommel 1 hinsichtlich Klemmbreite und Anpreßkraft über die gesamte Länge im wesentlichen gleichmäßig.
Dadurch ist in Längsrichtung der Aufladerolle ein gleichmäßiges Aufladen zu verzeichnen, so daß der Verschleiß der Aufladerolle 2 und der fotoempfindlichen Trommel 1 im Bereich der Rollenenden verringert werden kann. Außerdem kann auch das Problem des Stromableitens an den Rollenenden verhindert werden.
Während des Drehens wirkt auf die Aufladerolle 2 örtlich keine große Kraft und selbst beim Anlegen der Schwingspannung an die Aufladerolle wird trotz der vorhandenen hohen Luftfeuchtigkeit und Temperatur der Toner auf dem fotoempfindlichen Bauelement nicht geschmolzen. Die Kronenform verhindert durch die geringe Rollenverformung, Rollendurchbiegung, Rollenentlastung oder durch ähnliche Vorgänge ein ungeeignetes Aufladen, das sonst in der Rollenmitte oft zu verzeichnen ist.
Wenn der Außendurchmesser R1 in der Mitte um nicht mehr als 5% größer ist als der Endendurchmesser R2, werden die Klemmbreite und der Klemmdruck in der Mitte zu groß, wodurch der Toner zum Schmelzen gebracht wird. Wenn dagegen der Durchmesser R1 im Mittelbereich der Aufladerolle um weniger als 0,3% größer ist als der Endendurchmesser R2, werden an den beiden Rollenenden die Klemmbreite und der Klemmdruck größer und der Toner schmilzt. Bei einer Aufladerolle mit geringer Anpreßkraft (Rollenanpreßdruck) tritt in der Mitte oft ungeeignetes Aufladen auf.
Demzufolge wird der Außendurchmesser R1 so gewählt, daß er um nicht weniger als 0,3% und weniger als 5% größer als der Außendurchmesser R2 ist.
Um das Schmelzen von Toner zu verhindern, muß (R1-R) um nicht weniger als 0,5% und weniger als 5% größer als (R2-R) sein, wobei R der Außendurchmesser des Metallkerns 2a ist.
Die Dicke des Überzuges, gemessen von der Oberfläche des Metallkerns 2a zur Oberfläche der Aufladerolle 2, wird aus dem Grund, das Tonerschmelzen zu verhindern, so gewählt, daß die Dicke R3 im Mittelabschnitt um nicht weniger als 0,5% und weniger als 3% größer ist als die Dicke R4 an den beiden Enden.
Bei dieser Ausführungsform ist die fotoempfindliche Schicht aus einem organischen Fotoleiter hergestellt. Der Toner ist ein Styrolakryltoner mit guter Aufladeeigenschaft beim Entwickeln und guter Fixiereigenschaft. Wenn jedoch die organische Fotoleitschicht zusammen mit dem Styrolakryltoner verwendet wird, tritt das Tonerschmelzen noch deutlicher in Erscheinung, als wenn eine fotoempfindliche Schicht in Form von amorphem Silizium oder Selen zusammen mit einem Polyestertoner zum Einsatz kommt. Bei Verwendung der organischen Fotoleitschicht zusammen mit dem Styrolakryltoner wird die Aufladerolle mit Kronenform besonders effektiv.
Bei dieser Ausführungsform hat die Aufladerolle 2 eine Oberflächenwiderstandsschicht 2c (N-Methoxymethylnylon), so daß der Überzug des Metallkerns 2a einen Zweischichtenaufbau aufweist.
Die leitende Gummirolle (untere Schicht) 2b, d.h. die elastische Schicht aus EPDM, hat einen spezifischen Volumenwiderstand von nur 10³ - 10&sup5; Ohm.cm. Die Rolle 2b reduziert den auf die Oberfläche der Aufladerolle aufgebrachten Anpreßdruck und vergrößert die Klemmbreite. Von diesen Standpunkten aus gesehen beträgt ihre Härte 30 - 75 Grad (Asker-C).
Die Oberflächenwiderstandsschicht 2c hat z.B. eine Dicke von 5 - 50 Mikrometer und einen größeren spezifischen Oberflächenwiderstand als die Gummirolle 2b selbst. Sie ist eine Widerstandszwischenschicht mit einem spezifischen Volumenwiderstand von 10&sup7; - 10¹&sup0; Ohm.cm und steuert den Widerstand der gesamten Aufladerolle, wodurch bei Vorhandensein von Beschädigungen oder Defekten in der fotoempfindlichen Trommel eine mögliche Stromableitung verhindert wird. Die zweischichtige Rolle 2 wird mit der fotoempfindlichen Trommel 1 in Druckberührung gebracht. Dabei verformt sich hauptsächlich die untere Schicht 2b. Wegen des aus zwei oder mehr Schichten bestehenden Überzugs kann die Veränderung im spezifischen Widerstand infolge der durch die Kronenform bewirkten Druckverteilung vermindert werden (besonders wenn leitendes Füllmaterial dispergiert ist). Selbst bei Zwei- oder Mehrschichtenaufbau wird die Oberflächenschicht nicht abgehoben.
In Figur 4A ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abgebildet, bei der als Aufladeelement ein nicht drehbares stabförmiges oder verlängertes Anpaßelement (2A) verwendet wird. Die beiden Enden des Metallkerns 2a werden durch Druckfedern 4 in Richtung fotoempfindliche Trommel (das aufzuladende Bauelement) gedrückt, so daß das Aufladeelement mit der fotoempfindlichen Trommel 1 in Druckberührung kommt.
Figur 4A zeigt die Vorderansicht mit Teilschnitt des Aufladeelementes 2a ohne Druckbelastung. Figur 4B zeigt die Seitenansicht dieses Aufladeelementes. Figur 4C zeigt die Vorderansicht mit Teilschnitt des Aufladeelementes bei Druckberührung mit der fotoempfindlichen Trommel 1.
Dieses Aufladeelement weist eine Schicht 2b aus leitendem Gummi und eine Oberflächenwiderstandsschicht 2c auf, wobei beide Schichten aus denselben Werkstoffen wie in dem in Figur 3 gezeigten Beispiel hergestellt sind.
Das Aufladeelement 2a hat eine druckelastische Berührungsoberfläche. Wie die Figuren 4A und 4B zeigen, weist deren Unterseite in der Mitte nach unten, wenn sie mit der Trommel 1 nicht in Druckberührung steht und die Trommel unter ihr angeordnet ist.
Durch die an den beiden Enden wirkende Kraft F wird das Aufladeelement gegen seine Druckelastizität mit der Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel in Druckberührung gebracht. Deshalb wird, wie bereits beschrieben und aus Figur 4D ersichtlich ist, die Klemmung N zwischen dem Aufladeelement 2a und der fotoempfindlichen Trommel 1 bezüglich Klemmbreite und Berührungsdruck über die gesamte Länge gleich.
Das Aufladeelement ist für die mit der Rückseite des Übertragungsmaterials P sich in Berührung befindende Aufladerolle 8 verwendbar.
Wie bereits erwähnt, ist gemäß der vorliegenden Erfindung die Überzugsdicke des Aufladeelementes von der Kraftangriffsstelle entfernt größer. Demzufolge ist der Kompressionsgrad, der aus dem vom Aufladeelement auf das aufzuladende Bauelement wirkenden Druck resultiert, an der Kraftangriffsstelle. gering und nimmt zur Mitte hin zu. Das Ergebnis ist eine gleichmäßige Klemmbreite und ein gleichmäßiger Berührungsdruck über die gesamte Länge. Dadurch wird das bei herkömmlichen Konstruktionen vorhandene Problem der Verringerung der Klemmbreite und des Berührungsdruckes mit zunehmendem Abstand zur Kraftangriffsstelle eliminiert. Im allgemeinen ist über die gesamte Länge eine gleichmäßige Klemmbreite und ein gleichmäßiger Berührungsdruck zu verzeichnen.
Das aus der Druckerhöhung zur Erzeugung einer ausreichenden Klemmbreite und eines ausreichenden Berührungsdruckes resultierende Problem kann eliminiert werden.
Außerdem wird das aufzuladende Bauelement entlang der Erzeugungslinie gleichmäßig aufgeladen und das Auftreten von örtlich hohem Verschleiß am aufzuladenden Bauelement und am Aufladeelement kann reduziert werden. Das Tonerschmelzen auf dem Bildträgerelement läßt sich dadurch ebenfalls verhindern, so daß die Erzeugung guter Bilder möglich wird.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf die darin offenbarten Konstruktionen beschrieben wurde, ist sie nicht auf die dargelegten Details beschränkt, und mit dieser Anmeldung sollen Modifikationen oder Veränderungen, die im Geltungsbereich der folgenden Ansprüche eventuell möglich sind, ebenfalls eingeschlossen werden.

Claims

1. Bilderzeugungsgerät, das aufweist

- ein Bildträgerelement zum Tragen eines Tonerbildes,

- ein Aufladeelement zum Aufladen des Bildträgerelementes, um die Erzeugung eines Bildes auf diesem zu ermöglichen, wobei das Aufladeelement mit dem Bildträgerelement in Berührung gebracht werden kann und einen Grundkörper und einen auf diesem Grundkörper aufgebrachten elastischen Überzug aufweist, und

- eine Anpreßvorrichtung zum Anpressen des Aufladeelements in einer Anpreßposition gegen das Bildträgerelement dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Aufladeelementes mit dem Abstand zur Kraftangriffsstelle zunimmt, wenn das Aufladeelement nicht gegen das Bildträgerelement gepreßt.

2. Gerät gemäß Anspruch 1, wobei die Anpreßvorrichtung auf beide Enden des Aufladeelementes eine Anpreßkraft erzeugt.

3. Gerät gemäß Anspruch 2, wobei die Überzugsdicke zur Mitte des Aufladeelementes hin größer wird.

4. Gerät gemäß Anspruch 1, wobei das Aufladeelement die Form einer drehbaren Rolle hat.

5. Gerät gemäß Anspruch 4, wobei die Anpreßvorrichtung die Anpreßkraft an den beiden Rollenenden erzeugt und wobei der Rollenaußendurchmesser von den beiden Rollenenden aus zur Mitte hin größer wird.

6. Gerät gemäß Anspruch 5, wobei der Außendurchmesser R1 in der Rollenmitte um nicht weniger als 0,3% und weniger als 5% größer ist als der Außendurchmesser R2 an den beiden Rollenenden.

7. Gerät gemäß Anspruch 1, wobei der Überzug eine elektrisch leitende, elastische Schicht und eine mit dem Bildträgerelement in Berührung kommende Oberflächenschicht mit einem größeren spezifischen Volumenwiderstand als die elastische Schicht aufweist.

8. Gerät gemäß Anspruch 1 oder 5, wobei die Überzugsdicke an der vom Kraftangriffspunkt der Anpreßvorrichtung am weitesten entfernten Stelle um nicht weniger als 0,5% und weniger als 3% größer ist als an der Kraftangriffsstelle.

9. Gerät gemäß Anspruch 5, wobei R1-R um nicht weniger als 0,5% und weniger als 5% größer ist als R2-R und in diesen Beziehungen R den Außendurchmesser des Grundkörpers, R1 den Außendurchmesser der Aufladerolle in deren Mittelabschnitt und R2 den Außendurchmesser der Aufladerolle an deren beiden Enden darstellt.

10. Gerät gemäß einem der genannten Ansprüche, wobei das Aufladeelement die Erzeugung des Tonerbildes auf dem Bildträgerelement ermöglicht.

11. Gerät gemäß Anspruch 10, wobei als Toner ein Styrolakryltoner verwendet wird.

12. Gerät gemäß Anspruch 10, wobei das Bildträgerelement eine organische Fotoleitschicht aufweist.

13. Gerät gemäß Anspruch 11, wobei das Bildträgerelement eine organische Fotoleitschicht aufweist.

14. Gerät gemäß Anspruch 10, wobei zwischen dem aufzuladenden Bauelement und dem Aufladeelement eine Schwingspannung angelegt wird.

15. Gerät gemäß Anspruch 14, wobei die Schwingspannung einen Spitze-Spitze-Wert hat, der nicht geringer ist als der doppelte Wert der Ladestartspannung zwischen dem aufzuladenden Bauelement und dem Aufladeelement.

16. Gerät gemäß Anspruch 1, das außerdem eine Arbeitseinheit aufweist, in der das Bildträgerelement und das Aufladeelement untergebracht sind, wobei diese Arbeitseinheit abnehmbar am Bilderzeugungsgerät befestigt ist.

17. Gerät gemäß Anspruch 7, wobei die Dicke der elastischen Schicht des Aufladeelementes sich vom Kraftangriffspunkt aus zur Mitte hin vergrößert, während die Oberflächenschicht, unabhängig vom Abstand zum Kraftangriffspunkt, eine konstante Dicke hat, wenn das Aufladeelement nicht gegen das Bildträgerelement gepreßt wird.

18. Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Bildträgerelement eine fotoelektrische, fotoempfindliche Schicht hat.

19. Arbeitseinheit, abnehmbar am Bilderzeugungsgerät befestigt, die aufweist

- ein Bildträgerelement zum Tragen eines Tonerbildes,

- ein Aufladeelement zum Aufladen des Bildträgerelementes zum Erzeugen eines Bildes auf diesem, wobei das Aufladeelement mit dem Bildträgerelement in Berührung gebracht werden kann und einen Grundkörper und einen auf diesem Grundkörper aufgetragenen flexiblen Überzug aufweist, und

- eine Anpreßvorrichtung, die an einer bestimmten Stelle am Aufladeelement anliegt und dieses gegen das Bildträgerelement drückt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Außenabmessung des Aufladeelementes mit dem Abstand zur Kraftangriffsstelle zunimmt, wenn das Aufladeelement nicht gegen das Bildträgerelement gepreßt wird.

20. Arbeitseinheit gemäß Anspruch 19, wobei der Überzug eine mit dem Bildträgerelement in Berührung kommende Oberflächenschicht und eine zwischen der Oberflächenschicht und dem Grundkörper vorhandene elastische Schicht aufweist und die Oberflächenschicht einen größeren spezifischen Volumenwiderstand als die elastische Schicht hat und wobei die Dicke der elastischen Schicht des Aufladeelementes sich mit dem Abstand von der Kraftangriffsstelle vergrößert, während die Oberflächenschicht, unabhängig vom Abstand zur Kraftangriffsstelle, eine konstante Dicke hat, wenn das Aufladeelement nicht gegen das Bildträgerelement gepreßt wird.

21. Arbeitseinheit gemäß Anspruch 19 oder 20, wobei das Bildträgerelement eine fotoelektrische, fotoempfindliche Schicht hat.

22. Aufladeelement, das mit dem Bildträgerelement in Druckberührung gebracht werden kann und die Bilderzeugung auf diesem gewährleistet, wobei das Aufladeelement einen Grundkörper und einen auf dem Grundkörper aufgebrachten flexiblen Überzug aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Aufladeelementes sich von dessen beiden Enden zur Mitte hin vergrößert, wenn das Aufladeelement nicht gegen das Bildträgerelement gepreßt wird.

23. Aufladegerät gemäß Anspruch 22, wobei der Überzug eine mit dem Bildträgerelement in Berührung kommende Oberflächenschicht und eine zwischen der Oberflächenschicht und dem Grundkörper vorhandene elastische Schicht aufweist, wobei die Oberflächenschicht einen größeren Volumenwiderstand als die elastische Schicht hat und wobei die Dicke der elastischen Schicht des Aufladeelementes sich mit dem Abstand zu dessen beiden Enden vergrößert, während die Oberflächenschicht, unabhängig vom Abstand zu den beiden Enden, eine konstante Dicke hat, wenn das Aufladeelement nicht gegen das Bildträgerelement gepreßt wird.