DE69425954T2

DE69425954T2 - Aufladevorrichtung, Bilderzeugungsgerät mit der Aufladevorrichtung und Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung

Info

Publication number: DE69425954T2
Application number: DE69425954T
Authority: DE
Inventors: Akira Kumon; Hisanori Nagase; Teruyuki Naka; Junichi Nawama; Seiichi Suzuki; Yoshio Umeda; Toshiki Yamamura
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 2001-01-18
Anticipated expiration: 2014-12-29
Also published as: DE69425954D1; EP0661606B1; US5776544A; EP0661606A3; US5548380A; EP0661606A2

Description

Hintergrund der Erfindung

(1) Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufladen eines aufzuladenden Objektes, und auf eine Bilderzeugungsvorrichtung unter der Verwendung dieser Aufladevorrichtung und im besonderen auf eine Aufladevorrichtung, die in einer Bilderzeugungsvorrichtung für elektrofotographische System verwendet wird.

(2) Beschreibung des Standes der Technik

Bisher wurden Bilderzeugungsvorrichtungen für elektrofotographische Systeme häufig in Kopierern, Laserstrahldruckern und anderen Systemen verwendet.
Wie es wohlbekannt ist, wird in solchen elektrofotographischen Vorrichtungen häufig eine Koronaentladevorrichtung für das Aufladen eines fotosensitiven Elementes mit dem aufzuladenden Material verwendet. Im Allgemeinen umfasst eine Vorrichtung zur Koronaentladung einen feinen Draht und eine abschirmende Elektrode. Ein Hochspannung von ca. 4 bis 5 kV wird an den Draht angelegt und das fotosensitive Element einheitlich durch die Entladung geladen, die zwischen dem feinen Draht und der abschirmenden Elektrode stattfindet. Um die Gleichmäßigkeit der Aufladung des fotosensitiven Elementes zu sichern, kann eine Gitter genannte Elektrode auch zwischen dem Draht und dem fotosensitiven Element angebracht werden, die weiterhin auch als "Scorotron" bekannt ist. Derzeit wird dieses Scorotron am häufigsten verwendet.
Allerdings erfordert das Scorotron eine Leistungsquelle, die zum Zuliefern einer sehr hohen Spannung von einigen Kilovolt zur Stabilisierung der Entladung geeignet ist. Beim Entladen wird weiterhin für die menschliche Gesundheit schädliches Ozon in größeren Mengen erzeugt und deshalb wird eine Vorrichtung für das Behandeln des Ozons benötigt, ansonsten kann das fotosensitive Element durch das Ozon gestört werden.
Deshalb wurden Vorrichtungen und Verfahren mit sehr geringem Ozonausstoß vorgeschlagen. Sie sind dazu beabsichtigt, ein leitfähiges Aufladungsmaterial im Kontakt mit dem aufzuladenden fotosensitiven Element zu halten, eine Entladung zwischen diesen zu erzeugen und das fotosensitive Element direkt aufzuladen. Ein Ergebnis kann die Entladung zum Aufladen des fotosensitiven Elementes an einer notwendigen unteren Grenze gehalten werden, so dass der Ausstoß an Ozon verringert werden kann.
Unter anderem sind als Vorrichtung für das direkte Laden durch das Inkontaktbringen mit dem fotosensitiven Element, ein Verfahren unter der Verwendung einer leitfähigen elastischen Rolle als ein Aufladeelement (Japanische Patentveröffentlichung- Nr. 62- 11343) und ein Verfahren unter der Verwendung einer Faserbürste (Japanische offengelegte Patentschriftnummer 56-147159) bekannt. Von dem Gesichtspunkt des Verfahrens zur Bildung eines elektrischen Feldes zur Entladung, ist ein Verfahren der Anwendung einer Direktstromspannung an ein Aufladeelement (japanische Patenoffenlegungsschrift Nr. 58-194061) und ein Verfahren der Anwendung mit einer Überlagerung einer Wechselstromspannung und einer Direktstromspannung (US-Patent 4 851 960) bekannt.
Bei dem Verfahren mit der Verwendung der Faserbürste ist allerdings der Kontaktzustand zwischen dem fotoempfindlichen Element und der Faserbürste unstabil und die Aufladung nicht einheitlich, oder Bürsten der Faserbürste sind beschädigt oder fallen auf Grund von Alterungserscheinungen ab, so dass die Aufladung nicht stabil ist.
Im Gegensatz dazu ist bei dem Verfahren unter der Verwendung einer elastischen Rolle im Vergleich mit der Faserbürste der Zustand des Kontaktes relativ einheitlich und sind die Alterungseffekte geringfügig. Allerdings ist auch mit der elastischen Rolle eine ungleichmäßige Aufladung auf Grund der Oberflächenrauhigkeit und eines nicht einheitlichen Widerstands der Rolle möglich. Wenn man die Spannung, die an die Rolle angelegt wird, für den Fall einer Gleichstromspannung und den Fall der Anlegung durch Überlagerung einer Gleichstromspannung und einer Wechselspannung vergleicht, ist die Einheitlichkeit der Aufladung verbessert und die Toleranz größer, wenn als das Verfahren die Überlagerung von Gleichstromspannung und Wechsefstromspannung verwendet wird. Um allerdings eine Wechselstromspannung anzuwenden, wird ein vibrierendes elektrisches Feld zwischen der elastischen Rolle und dem fotosensitiven Element aus gebildet, welche ein als Aufladungsrauschen bekanntes Rauschen verursacht. Dieses Aufladungsrauschen ist das Rauschen, das durch die Frequenz der angelegten Spannung verursacht wird und im Besonderen im dem Frequenzbereich der menschlichen Hörfähigkeit (20 bis 20000 Herz, besonders von 200 bis 2000 Herz) stört. Um dies zu vermeiden, ist es deshalb notwendig, die Wechselstromfrequenz zu erniedrigen (unterhalb 200 Herz) oder zu erhöhen (über 2000 Herz). Wenn die Wechselstromfrequenz erhöht wird, nimmt die Wechselspannung in dem Aufladungselement stark ab und die Effizienz ist sehr gering. Wenn andererseits die Wechselstromfrequenz niedrig wird, treten periodische Ungleichmäßigkeiten in der Aufladung in der Richtung zum Rand des fotosensitiven Elementes hin auf.
Angenommen sei, dass die Wechselstromfrequenz f (Hz) und die Geschwindigkeit der Bewegung des fotosensitiven Elementes (auch Verarbeitungsgeschwindigkeit genannt) Vp (mm/sec) sei, so werden die periodischen Ungleichmäßigkeiten der Aufladung bei einem Abstand Vp/fmm in der Richtung zum Randbereich des fotosensitiven Elementes hin auftreten. Der Grund dafür wird nachfolgend erklärt werden. Zuerst schwächt sich das schwingende elektrische Feld allmählich in der Trennregion des Aufladungselementes ab und das Oberflächenpotential des fotosensitiven Elementes konvergiert an der überlagerten Gleichstromspannung. Zu dieser Zeit ist die angelegte Wechselstromfrequenz endlich und zum Ende der Aufladung hin (d. h., wenn das Oberflächenpotential des fotosensitiven Elementes konvergiert) treten die Übertragung von elektrischer Ladung von dem Aufladungselement zu dem fotosensitiven Element und die umgekehrte Übertragung nicht zur gleichen Zeit statt. Deshalb wird in Abhängigkeit von der Phase der Wechselstromfrequenz dieser Zeit die Aufladung beendet, wenn die endgültige Übertragung oder die umgekehrte Übertragung auftreten. Die Phase der Wechselstromspannung am Ende der Aufladung ist in Bezug auf die axiale Position des fotosensitiven Elementes die Gleiche, aber unterschiedlich in Abhängigkeit von der peripheren Position. Wenn somit angenommen sei, dass die axiale Richtung des fotosensitiven Elementes die laterale Richtung sei, tritt eine ungleichmäßige Entladung in lateralen Streifen synchron zu der Wechselstromfrequenz auf. Der Abstand der lateralen Streifen beträgt Vp/f (mm). Wenn dieser Abstand größer als der Abstand ist, der von der Entwicklungsvorrichtung in einer Bilderzeugungsvorrichtung entwickelt werden kann, treten defekte Bilder auf. Um dies zu vermeiden ist es notwendig, die Frequenz der Wechselspannung f zu erhöhen. Wenn zum Beispiel angenommen sei, dass eine Bilderzeugungsvorrich tung eine Druckgeschwindigkeit von ungefähr vier Blättern im DIN A4 Format in der vertikalen Zuführung pro Minute hat (Verarbeitungsgeschwindigkeit 25 mm/sec), so wird eine Wechselstromfrequenz von 100 Herz oder mehr benötigt.
In dem Fall einer Vorrichtung, die eine Druckgeschwindigkeit von ungefähr 30 Blättern pro Minute (Druckgeschwindigkeit 190 mm/sec) hat, wird eine Wechselstromfrequenz von mehr als 750 Herz benötigt, allerdings tritt in diesem Fall das Problem des Aufladungsrauschens auf. Mit anderen Worten wird durch den Bereich der Wechselstromfrequenz, der keine Aufladungsgeräusche verursacht, die obere Grenze der Verarbeitungsgeschwindigkeit des Bilderzeugungsapparates bestimmt. Deshalb ist es in dem Fall der verbesserten Verwendung des Verfahrens der Überlagerung von Gleichstromspannung und Wechselspannung schwer möglich, die Druckgeschwindigkeit zu erhöhen.
Weiterhin hat die Wechselstromleistungsquelle ein großes Volumen und ist teuer, was zu einer großen Abmessung und höheren Kosten der Bilderzeugungsvorrichtung führt.
Wenn im Gegensatz dazu nur die Gleichspannung an die elastische Rolle angelegt wird, ist es einfacher, die Geschwindigkeit zu erhöhen, wobei die Größe klein und die Kosten niedrig sind, allerdings ist aus den vorher genannten Gründen die Aufladung ungleichmäßig.
Aus der Druckschrift EP-A-0 367 203 ist es bekannt, die Oberflächenebenheit des Aufladungselementes auf Werte von 0,05 um < Rz < 5,0 um zu erhöhen.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist deshalb eine vorwiegende Aufgabe der Erfindung, eine Aufladungsvorrichtung, die zum Betrieb bei einer niedrigen Spannung geeignet ist, wobei weniger Ozon erzeugt und das Material gleichmäßig aufgeladen wird, eine Bilderzeugungsvorrichtung, die diese enthält und ein Herstellungsverfahren für eine solche Vorrichtung bereit zu stellen.
Es ist eine weiter Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aufladungsvorrichtung, die für ein gleichmäßiges Aufladen des Materials in einer Anordnung von kleiner Größe und niedrigen Kosten geeignet ist, die für erhöhte Verarbeitungsgeschwindigkeit anwendbar ist, und weiterhin eine Bilderzeugungsvorrichtung bereit zu stellen die diese Aufladungsvorrichtung enthält.
Diese Aufgaben werden durch die Vorrichtungen der Ansprüche 1-7, die Vorrichtung nach Anspruch 12 und das Verfahren nach Anspruch 13 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann selbst bei einer hohen Temperatur und hoher Feuchtigkeit das Aufladungselement stabil für einen langen Zeitraum ohne ein Anhaften an dem aufzuladenden Objekt verwendet werden.
Die Effekte und Eigenschaften der Erfindung werden besser verstanden und geschätzt werden, wenn die folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird. Im folgenden wird der Begriff "zwischen den Hügeln" in dem Sinne eines Abstandes zwischen den Spitzen von Wellen an der Oberfläche des Elementes verwendet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht einer Aufladungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Anordnung einer Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der Erfindung darstellt.
Fig. 3 ist ein Diagramm, das ein Oberflächenprofil des Aufladungselementes darstellt, das in der Aufladungsvorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird.
Fig. 4 ist ein Diagramm, das ein Leistungsspektrum der Raumfrequenzanalyse des Oberflächenprofils des Aufladungselementes darstellt, das in der Aufladungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht der Aufladungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht eines Aufladungselementes, das in der Aufladungsvorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird.
Fig. 7 ist ein konzeptionelles Diagramm zum Erklären der Summe des Leistungsspektrums in einem vorbestimmten Frequenzbereich durch eine Raumfrequenzanalyse des Oberflächenprofils des Aufladungselementes, das in der Aufladungsvorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird.
Fig. 8 ist ein Diagramm, dass das Leistungsspektrum durch eine Raumfrequenzanalyse des Oberflächenprofils des Aufladungselementes zeigt, das in der Aufladungsvorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird.
Fig. 9 ist ein Diagramm, das die Summe des Leistungsspektrums in einem vorbestimmten Frequenzbereich durch eine Raumfrequenzanalyse des Oberflächenprofils des Aufladungselementes darstellt, das in der Aufladungsvorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird.
Fig. 10 ist ein konzeptionelles Diagramm, das ein Herstellungsverfahren des Aufladungselementes darstellt, das in der Aufladungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht der Aufladungsvorrichtung gemäß der Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Ausführungsform 1

Die Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm des Aufbaus einer Aufladungsvorrichtung gemäß der Erfindung, auf die im Folgenden Bezug genommen wird. In der Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine halbleitende Aufladungsrolle als ein Aufladungselement. Die Aufladungsrolle 1 ist drehbar gelagert und kontaktiert eine fotosensitive Trommel 2 als das aufzuladende Objekt mit einem speziellen Druck. Die fotosensitive Trommel 2 hat eine fotosensitive Schicht 2a (eine Schicht, die aus einem organischen Fotoleiter, amorphem Silizium, Selen und einem anderen Fotoleiter zusammengesetzt ist), die auf einem leitfähigen Substrat 2b ausgebildet ist und die in einer Richtung des Pfeiles a mit einer spezifischen Geschwindigkeit rotiert. Dem gemäß wird in dem Diagramm die Aufladungsrolle 1 entsprechend der Drehung der fotosensitiven Trommel 2 in Richtung des Pfeiles b angetrieben und gedreht. Eine Gleichstromspannung wird an die Aufladungsrolle 1 von einer Leistungsquelle 3 angelegt.
Die Aufladungsrolle 1 besteht aus einem metallischen Kern 1a und einer leitfähigen elastischen Schicht 1b, die darauf ausgebildet ist. Diese leitfähige elastische Schicht 1b wird durch ein Auflösen von leitfähigen Partikeln aus Kohlenstoff oder dergleichen oder ein Hinzufügen einer leitfähigen Substanz wie eines anorganischen metallischen Salzes oder dergleichen zu dem Gummi aus Urethan, EPDM (Ethylin-Propylen- Dienemethylengummi), Silikon usw. gebildet. Der Volumenwiderstand der leitfähigen elastischen Schicht 1b beträgt bevorzugterweise ungefähr 10&sup5; bis 10¹² Ohm · cm. Wenn der Widerstand zu gering ist, nimmt die Kapazität der elektrischen Ladungszuführung von dem Kern 1a auf die Oberfläche der leitfähigen elastischen Schicht 1b zum Zeitpunkt der Aufladung zu. Wenn angenommen sei, dass es einen Defekt wie ein Durchgangsloch in der fotoleitenden Schicht 2a gibt, hat der Bereich des Durchgangslochs einen extrem niedrigeren Widerstand als die anderen Bereich der fotosensitiven Schicht 2a. Wenn der Widerstand der leitfähigen elastischen Schicht 1b niedrig ist, konzentriert sich der überschüssige Strom, der von dem Kern 1a aus einfließt, in dem Bereich des nadelfeinen Lochs und als ein Ergebnis tritt eine fehlerhafte Aufladung auch in anderen Bereichen als nur bei dem Loch auf. Wenn auf der anderen Seite der Widerstand zu hoch ist, wird die Kapazität der elektrischen Ladungszufuhr von dem Kern 1a auf die Oberfläche der leitfähigen elastischen Schicht 1b zum Zeitpunkt der Aufladung erniedrigt und die Aufladung kann nicht kontinuierlich durchgeführt werden. Die Kapazität der elektrischen Ladungszuführung ist zu diesem Zeitpunkt ein allgemeiner Ausdruck, der die Beweglichkeit der elektrischen Ladung innerhalb der leitfähigen elastischen Schicht 1b und die Leichtigkeit der Entladung der elektrischen Ladung auf der Oberfläche der leitfähigen elastischen Schicht 1b enthält. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Gummis zur Bildung der leitfähigen elastischen Schicht 1b, können solche Effekte wie die Temperatur und Feuchtigkeit wirken, allerdings sind solche Effekte in dem Bereich des vorhergenannten Volumenwiderstandes beinhaltet.
Die Härte des Gummis der leitfähigen elastischen Schicht 1b wird bevorzugterweise niedrig sein, um einen stabilen Kontakt herzustellen und zumindest eine solche Härte haben, dass kein Abstand zwischen der Aufladungsrolle 1 und der fotosensitiven Trommel 2 benötigt wird.
Da die leitfähige elastische Schicht 1b aus einem Gummi gemacht ist, kann das Bindemittel oder das niedermolekulare Gummi von innen zu der Oberfläche in Abhängigkeit von dem Material oder der Härte des Gummis fließen. Es scheidet sich auf der Oberfläche der fotosensitiven Trommel 2 ab und beeinflusst die Eigenschaft (im Besonderen die fotosensitive Eigenschaft) der fotosensitiven Schicht 2a. Deshalb kann eine Oberflächenschicht zum Verhindern der Auflösung einer solchen Substanz weiter auf der leitfähigen elastischen Schicht 1b geformt sein. Die Oberflächenschicht kann aus einem Nylonharz, Urethanharz oder einer anderen Schicht eines Harzes gebildet sein und, falls notwendig, können leitfähige Partikel in der Oberflächenschicht aufgelöst werden, um den Widerstand einzustellen.
Bei einer auf diese Art und Weise konstruierten Aufladungsvorrichtung ist der Betrieb und sind die Eigenschaften so, wie sie im Folgenden beschrieben werden.
Die Fig. 2 ist ein Diagramm zum Aufbau einer Bilderzeugungsvorrichtung, die die Aufladungsvorrichtung gemäß der Erfindung beinhaltet. In den Fig. 1 und 2 besteht die Aufladungsrolle 1 aus einem Kern 1a aus rostfreiem Stahl mit 6 mm Außendurchmesser und einer leitfähigen elastischen Schicht 1b, die aus Urethangummi von 3 mm Dicke hergestellt ist. Der Volumenwiderstand der leitfähigen elastischen Schicht 1b beträgt 10&sup6; Ohm · cm und die Härte des Gummis beträgt 50º (JIS A Härte; spezifiziert in JIS K 7215). Eine Gleichstromspannung (Vc) von -110 Volt wird von der Leistungsquelle1 an die Aufladerolle 1 angelegt. Die fotoempfindliche Trommel 2 besteht aus einem leitfähigen Substrat 2a aus Aluminium von 30 mm Außendurchmesser und einer fotoempfindlichen Schicht 2b von 20 um Dicke, die aus einem organischen Fotoleiter gemacht ist. Die fotosensitive Trommel 2 wird in der Richtung des Pfeils in dem Diagramm mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 25 mm/sec rotiert und angetrieben. In einer Entwicklungsvorrichtung 21 wird ein magnetischer einkomponentiger negativ geladener Toner mit Partikeln mit einer durchschnittlichen Größe von 8 um verwendet. Der Betrieb dieser Bilderzeugungsvorrichtung wird nachfolgend kurz beschrieben werden.
Zuerst wird durch das Anlegen einer Spannung von Leistungsquelle 3 an die Aufladungsrolle 1 die Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 2 auf ein spezielles negatives Potential (V&sub0;) aufgeladen. Anschließend wird die fotoempfindliche Trommel 2 in Abhängigkeit von dem Bildsignal durch den Laserstrahl 20a einer Laserabtasteinheit (LAE) 20 selektiv belichtet. Als ein Ergebnis wird ein elektrostatisches latentes Bild auf der fotosensitiven Trommel 2 gebildet, bei dem das Potential nur in den belichteten Bereichen erniedrigt ist (d. h., der Absolutwert des Potentials ist erniedrigt, was im Folgenden immer so gemeint ist). Anschließend wird in einer Entwicklungsvorrichtung 21 der negativ geladene Toner auf der fotosensitiven Trommel 2 in Abhängigkeit von dem Muster des elektrostatischen latenten Bildes abgelagert. Diese Entwicklungsvorrichtung arbeitet nach dem Prinzip der Umkehrentwicklung, indem durch Ablagerung von Toner in dem Gebiet mit niedrigem Potential des elektrostatischen latenten Bildes, d. h., in dem Gebiet entwickelt wird, das durch den Laserstrahl (Vorspannungspotential der Entwicklung: VB = -350 V) belichtet wird. Wenn die Ladungspolarität des Toners umgekehrt wird, ist es ebenfalls möglich, die normale Entwicklung mit der Ablagerung von Toner in den Gebieten mit höherem Potential zu verwenden. Das Tonerabbild, das auf der fotoempfindlichen Trommel 2 durch die Entwicklungsvorrichtung 21 gebildet wird, wird durch eine benachbarte Übertragungsrolle 22 auf ein Papier 24 übertragen, welches ein Übertragungsmaterial ist. Das Papier 24 wird über eine Widerstandsrolle 25 mit einem solchen Zeitverlauf zugeführt, dass eine spezielle Anordnung für den Beginn des Bildbereiches und die Position des vorderen Endes des Papiers an der Übertragungsposition festgelegt wird. Das Papier 24, auf das das Tonerabbild übertragen wird, wird von der fotoempfindlichen Trommel 2 getrennt und direkt in eine Verschmelzungsvorrichtung 23 zugeführt. Durch Erhitzen wird das Tonerabbild fest an das Papier 24 angehaftet und das Bild so ausgebildet. Auf der anderen Seite wird die Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 2 mittels einer Reinigungsvorrichtung 26 von dem auf der Oberfläche nach dem Transfer verbleibenden Toner gereinigt und wieder durch die Aufladungsvorrichtung aufgeladen. Anschließend werden durch Wiederholung dieser Vorgänge die Bilder kontinuierlich erzeugt.
Unterschiedliche Experimente wurden wie folgt durchgeführt. Zuerst wurde die Bilderzeugungsvorrichtung, die in der Fig. 2 dargestellt ist, mit einer konventionellen Aufladungsvorrichtung kombiniert, die eine Aufladungsrolle benutzt, und damit wurden Bilder erzeugt. Als ein Ergebnis wurden bevorzugte Bilder bei normalen Temperaturen und normalen Feuchtigkeitsverhältnissen erhalten: in NN Umgebungen (Raumtemperatur: 20ºC, Feuchtigkeit: 50%) und in Umgebungen mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit, d. h. in HH Umgebungen (33ºC, 80%). Bei der Auswertung unter den Bedingungen mit niedriger Temperatur und niedriger Feuchtigkeit, LL Umgebung (7ºC, 20%), bildete sich auf einem weißen Hintergrund ein Nebel von dünnen Punkten (50 bis 500 um Durchmesser) und ähnliche weiße Punkte (50 bis 500 um Durchmesser) auf einem schwarzen Hintergrund.
Dem gemäß war es unmöglich, die Unebenheit der Ladungsverteilung direkt zu messen. Deshalb wurde durch ein Erhöhen und Erniedrigen der Vorspannung VB zur Entwicklung die Ungleichmäßigkeit des Potentials indirekt durch ein Variieren des Auftretens des Nebels und der weißen Punkte erfasst. Wenn der Absolutwert von VB angehoben wurde, nahmen folglich sowohl der Nebel als auch die weißen Punkte ab und wenn VB erniedrigt wurde, nahmen sowohl der Nebel als auch die weißen Punkte zu. Es wurde somit klargestellt, dass die Nebelerscheinungen durch die Entwicklung umgekehrt geladener Toner (d. h. von positiv geladenem Toner) in der Entwicklungsvorrichtung in einer überschüssig geladenen Position als das Mittel V&sub0; verursacht wurde. Solch ein Phänomen wird durch ein weiteres Verfahren bestätigt. Wenn die Polarität des Toners, der auf der fotoempfindlichen Trommel 2 haftet, durch das Faraday-Käfig Verfahren gemessen wird, haftete umgekehrt geladener Toner an. Die Ursache für das Auftreten eines solchen unnormalen Bildes (oder einer Ladungsungleichmäßigkeit) hängt von der Oberflächenrauhigkeit der elastischen Rolle ab, wie es nachfolgend beschrieben wird.
Beim direkten Aufladen, bei dem durch Kontakt des fotoempfindlichen Elementes, welches das aufzuladende Objekt ist, mit der Aufladungsrolle, welches das Aufladungselement ist, aufgeladen wird, wird nicht in dem Kontaktbereich aufgeladen, sondern durch die Entladung, die auf Grund des Isolierungsdurchbruchs der Luft in einem dünnen Spalt in der Nähe des Kontaktbereiches auftritt. Wenn somit die Oberfläche der elastischen Rolle stark verbogen ist, konzentriert sich das elektrische Feld wahrscheinlich in dem konvexen Bereich und überschüssige elektrische Ladung wird auf Grund der unnormalen Entladung freigesetzt, was zu einer ungleichmäßigen Aufladung führt. Es wird angenommen, dass dies zu unnormalen Bildern mit Nebel und weißen Punkten führt. Im Allgemeinen wird die Oberflächenrauhigkeit durch die mittlere 10-Punkt- Oberflächenrauhigkeit (Rz: spezifiziert nach JIS B 0601) ausgewertet. Allerdings wurde in den von den Erfindern durchgeführten Studien keine direkte Beziehung zwischen der Größe des Wertes von Rz und dem Auftreten von Nebel auf Grund einer ungleichmäßigen Aufladung erkannt.
Deshalb nehmen wir an, dass das Oberflächenprofil zum Ausdrucken des Grades von Wellenbewegungen der Oberfläche der Aufladungsrolle eine Synthese von periodischen Teilen ist, und wir haben das Leistungsspektrum auf Grund einer Spektralanalyse ihrer Raumfrequenz festgestellt und verwendet.
Um Rz und das Leistungsspektrum zu erhalten, wurden die folgenden Messungen und Berechnungen durchgeführt.

(Rz Messung)

(1) Die Aufladungsrolle 1 wird auf den Messstand eines Instrumentes des Kontakttypes zur Messung von Oberflächenrauhigkeiten (Surfcom 550A: hergestellt von Tokio Seimitsu) positioniert.
(2) Als Spezifikationen für das Messen der Oberflächenrauhigkeit wird die Messungslänge von 4 mm, die Geschwindigkeit der Bewegung der Probe von 0,3 mm pro Sekunde und der Abschneidewert von 0,8 mm in der axialen Richtung der Aufladungsrolle 1 festgesetzt.
(3) Eine Gesamtmenge von 9 Punkten wird in der Mitte und in der Nähe der beiden Enden in Intervallen von 120 Grad des Umfangs gemessen und der mittlere Wert berechnet, um den Wert von Rz der Aufladungsrolle 1 zu berechnen.

(Berechnung des Leistungsspektrums)

(1) Bei der Verwendung des gleichen Instrumentes wie bei der Rz Messung wird die Abschnittskurve der Oberfläche der Aufladungsrolle (Amplitudeneinheit um) gemessen und die Abschnittskurvendaten A/D umgewandelt, um diskrete Daten (Abtastfrequenz 100 Hertz) zu erhalten.
(2) Nach einer Hanning-Fenster-Verarbeitung wird eine schnelle Fourier Transformation (fast fourier transform FFT) durchgeführt (Bandbreite: 0,65 Umdrehungen pro mm).
(3) Das Mittel von 9 Punkten wird wie bei den Wert von Rz berechnet und als das Leistungsspektrum der Aufladungsrolle 1 erhalten.
Bei dieser Bilderzeugungsvorrichtung wurde die Aufladungsvorrichtung, die Aufladungsrollen mit unterschiedlichen Graden von Oberflächenrauhigkeit verwendet, hinzugefügt, um die Leistungsfähigkeit zu bewerten. Die Auswertung bestand aus einer Bildauswertung in LL Umgebungen (Anwesenheit oder Abwesenheit von Nebel) und aus einer Anhaftungsauswertung in HH Umgebungen, in denen die Anhaftung (Haftung oder Fixierung) von Kontaktteilen der Aufladungsrolle und des fotoempfindlichen Elementes wahrscheinlich auftritt. Acht Proben von der Aufladungsrolle 1 wurden durch ein mechanisches Polieren der Oberfläche präpariert, so dass Rz und das Leistungsspektrum unabhängig variiert werden konnten.
Bei der Bildauswertung wurde die Abwesenheit von Nebel als o und die Anwesenheit als x bezeichnet. Die Abwesenheit der Anhaftung wurde als o, eine geringfügige aber kleine Anhaftung als z und die Anwesenheit der Anhaftung als x bezeichnet. Die Beziehung zwischen den somit erhaltenen Werten von Rz und PS der Aufladungsrolle 1 und des Ausgabebildes wurde bestimmt und die Oberflächenrauhigkeit der Aufladungsrolle 1, die zur einheitlichen Aufladung notwendig ist, wurde beurteilt. Als ein Ergebnis der Messung und Berechnung fanden sich im Bereich der Raumfrequenz f > 100 Umdrehungen/mm kein Unterschied im Leistungsspektrum auf Grund der Unterschiede der Rolle. Das Ergebnis der Auswertung ist in der Tabelle 1 veranschaulicht. In der Tabelle 1 ist PS der Wert in der Beziehung von 10 ≤ f ≤ 100 Umdrehungen. Tabelle 1:
Sofern somit die Raumfrequenz f der Oberflächenwelligkeiten der Aufladungsrolle 1 in einem Bereich von 10 ≤ f ≤ 100 Umdrehungen/mm ist, wird unter der Bedingung von
PS ≤ -2,5 · log (f/2) (um²)
eine Einheitlichkeit der Aufladung erhalten und es tritt kein Nebel auf. Weiterhin kann unter der Bedingung
Rz ≥ 5 (um)
auch eine Klebrigkeit vermieden werden.
Wenn die Oberfläche der Aufladungsrolle 1 glatt ist (was bedeutet, dass der Wert von Rz klein ist) und PS bei jeder Raumfrequenz eine negative Unendlichkeit ist, wird eine gleichmäßige Aufladung realisiert. Wenn allerdings die Oberfläche zu glatt ist, ist der Kontakt zwischen dem fotoempfindlichen Element 2, das eine glatte Oberfläche hat, und der Aufladungsrolle sehr eng und das Klebrigkeitsphänomen tritt auf. Die Klebrigkeit tritt besonders in den Umgebungsbedingungen mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit auf, bei denen die Härte der elastischen Rolle und die Haftfähigkeit der Oberfläche erhöht wird. Wenn dann die festsitzende Rolle 1 und das fotoempfindliche Element 2 mittels einer Kraftwirkung angetrieben werden, kann ein Abschälen der fotoempfindlichen Schicht 2a oder eine Beschädigung der Oberfläche der Aufladungsrolle 1 verursacht werden. Wenn die fotoempfindliche Schicht 2a eine anorganische fotoempfindliche Schicht aus Selen, amorphem Silizium, Zinkoxyd oder dergleichen ist, ist der Kontakt mit dem Grundsubstrat 2b fest und ein Abschälen wird kaum verursacht, allerdings ist in dem Fall einer organischen fotoempfindlichen Schicht der Kontakt mit dem Sub strat 2b schwach und somit die Stärke des Films ebenfalls schwach und er kann einfach abgeschält werden.
Die Bedingungen von PS und Rz scheinen einander zu widersprechen, was aber tatsächlich zu dem Wert von Rz beiträgt, ist der Wert des Leistungsspektrums, bei dem die Raumfrequenz f in einem Bereich von 10 Umdrehungen/mm oder weniger ist. Im Gegensatz dazu ist einem Bereich von f ≥ 10 Umdrehungen/mm der Wert von Rz und der Wert des Leistungsspektrums miteinander verbunden. Wie vorstehen erwähnt wurde beträgt der Bereich der Raumfrequenz, der auf die ungleichmäßige Aufladung einwirkt, 10 Umdrehungen/mm oder mehr und 100 Umdrehungen/mm oder weniger, da der Wert von Rz und des Bildes nicht direkt verbunden sind. Das Profil der Oberflächenform der Aufladungsrolle 1, das bei der Ausführungsform verwendet wird, ist in dem Graph der Fig. 3 dargestellt, und die Beziehung zwischen PS und der Raumfrequenz f der Oberfläche der Aufladungsrolle 1 zu dieser Zeit ist in dem Graph der Fig. 4 dargestellt. Das grundlegende Konzept der Erfindung wird nachfolgend kurz beschrieben werden, wobei die Oberflächenform, die sowohl Rz als auch PS erfüllt und die Oberflächenform, die beide nicht erfüllen, miteinander verglichen werden.
Die Fig. 3a ist ein Graph, der ein Profil einer Oberflächenrauhigkeit der Oberfläche der Aufladungsrolle 1 darstellt, die keinen Nebel verursacht. Im Gegensatz dazu ist die Fig. 3b ein Graph, die ein Profil einer Oberflächenrauhigkeit der Aufladungsrolle 1 darstellt, die Nebel verursacht. Die Oberflächenrauhigkeit des 10-Punkt Mittels beträgt Rz = 9,6 um bzw. Rz = 2,9 um. In einer vergrößerten Beobachtung der Oberfläche durch ein Mikroskop oder dergleichen zeigt die Aufladungsrolle 1 nach Fig. 3a ein Muster einer glatten Welle, während die Aufladungsrolle nach Fig. 3b ein welliges Muster zeigt.
Wenn nur nach dem Wert Rz alleine ausgewertet wird, ist die Ungleichmäßigkeit der Aufladung der Aufladungsrolle 1 nach Fig. 3a größer und der Nebel tritt wahrscheinlich auf Allerdings scheint eine unnormale Entladung in der Aufladungsrolle 1 nach Fig. 3b aufzutreten, die die scharfen Kanten hat.
Die Fig. 4a und 4b sind Graphen, die das Leistungsspektrum in Bezug auf die Raumfrequenz f von den Profilen der Oberflächenrauhigkeiten berechnen, die in den Fig. 3a und 3b dargestellt sind.
Bei der Aufladungsrolle 1 nach Fig. 3a, die auf der Oberfläche glatt zu sein scheint, ist in der Fig. 4a das Leistungsspektrum PS ein kleiner Wert in einem Bereich von f ≥ 10 Umdrehungen/mm, obwohl PS an der niedrig frequenten Seite groß ist.
Im Gegensatz dazu ist bei der Aufladungsrolle 1 nach Fig. 3b, die die scharfen Kanten auf der Oberfläche hat, nach der Fig. 4b der Wert von PS an der Seite der niedrigen Frequenzen klein, allerdings hat PS einen großen Wert in dem Bereich von f ≤ 10 Umdrehungen/mm, was anzeigt, dass die Wellenförmigkeit auf der Seite von hohen Frequenzen signifikant ist.
Die Fig. 4a und 4b zeigen gleichzeitig die Kurven, die die Beziehung zwischen PS und dem Nebel darstellen, wie es in der Tabelle 1 zusammengefasst ist. Die Aufladungsrolle 1, die den vorgenannten PS Wert über der Kurve hat, verursacht Nebel, während die Aufladungsrolle 1, die alle PS Werte unterhalb der Kurve hat, frei von Nebel ist.
Das Kriterium, dass durch die Klebrigkeit klassifiziert wird, wird nachfolgend beschrieben. Wie vorstehend erwähnt wurde, ist in dem engen Bereich der Raumfrequenz von 10 Umdrehungen/mm der PS Wert so, dass das Leistungsspektrum die Ungleichmäßigkeit der Aufladung nicht so sehr beeinflusst und die Beziehung mit Rz enger ist. Deshalb scheint der Wert PS des Leistungsspektrums in diesem Bereich mit der Leichtigkeit der Klebrigkeit verbunden zu sein. Von diesem Gesichtspunkt aus wurden die Proben die in Tabelle 1 dargestellt sind, nach PS in einem Bereich von f < 10 (Umdrehungen/mm) ausgewertet und es wurde festgestellt, dass die Klebrigkeit vermieden werden kann, wenn die folgende Ungleichung erfüllt ist.
Log (P) ≥ -0,24f -0,2 (um²),
wobei f ≤ 7 (Umdrehungen/mm).
Bei der Ausführungsform wurde eine Gleichstromspannung an die Aufladungsrolle 1 angelegt, allerdings kann auch eine zusammengesetzte Spannung einer Wechselspannung, der eine Gleichstromspannung überlagert ist, angewendet werden. In einem solchen Fall kann im Vergleich zu dem Fall, bei dem einzig eine Gleichspannung angelegt wird, die Toleranz für Abscheidungen auf der Rolle noch weiter erweitert und eine Aufla dungsvorrichtung und eine Bilderzeugungsvorrichtung mit längerer Lebensdauer zur Verfügung gestellt werden. Übrigens ist bei der Ausführungsform die Aufladungsrolle 1 angetrieben und rotiert worden, sie kann allerdings auch unabhängig angetrieben werden, solange die Drehung eine gleichförmige Geschwindigkeit hat. Zu dieser Zeit treten wahrscheinlich Oberflächenschäden auf der Oberfläche der Aufladungsrolle 1 oder der fotoempfindlichen Trommel 2 auf, wenn kein Unterschied in der Umfangsgeschwindigkeit auftritt. In Abhängigkeit von dem Material und der Leistungsfähigkeit der anderen Prozesse zur Entwicklung, Übertragung und Reinigung treten Oberflächenschäden nicht ständig auf, wenn eine Differenz der Umfangsgeschwindigkeit vorhanden ist und eine Differenz der Umfangsgeschwindigkeit in der selben Drehrichtung zugelassen wird oder die Aufladungsfähigkeit beibehalten wird, wenn in unterschiedliche Richtungen gedreht wird, so dass die Auswahl frei sein kann.

Ausführungsform 2

Die Fig. 5 zeigt eine Aufladungsvorrichtung, die eine halbleitende Aufladungsklinge an Stelle der Aufladungsrolle 1 nach der ersten Ausführungsform verwendet.
In der Fig. 5 ist die Aufladungsklinge 5 elastisch und eines ihrer Enden an einem leitenden Halteelement 6 fixiert. Das andere Ende tritt bei einem speziellen Druck in Kontakt mit der fotoempfindlichen Trommel 2. Ein Ende der Aufladungsklinge 5 ist an dem Halteelement 6 befestigt und eine Gleichspannung wird von einer Leistungsquelle 3 durch das Halteelement 6 an das andere Ende der Aufladungsrolle 5 angelegt.
Die Aufladungsklinge 5 wird durch das Ausbilden des bei der Ausführungsform 1 verwendeten Halbleitergummis in der Form einer Platte hergestellt und sein Volumenwiderstand beträgt 10&sup8; Ohm cm, die Dicke 2 mm und die Projektionslänge von dem Halter 6 beträgt 10 mm.
In der Fig. 5 ist der Kontaktzustand der Aufladungsklinge 5 und des fotoempfindlichen Elementes 2 in der vorderen Richtung vorhanden, er könnte aber auch in der nachlaufenden Richtung sein. Durch einen Druckkontakt in der nachlaufenden Richtung nimmt die Reibungskraft zwischen dem fotoempfindlichen Element 2 und der Aufladungsklinge 5 ab, was zu einer Abnahme des Haftungsgleitens (eines ungleichmäßigen Kontaktes auf Grund von kleinen Vibrationen der Klinge, was eine Ursache von ungewöhnlichen Geräuschen ist) und zur Abnutzung der fotoempfindlichen Schicht 2a beiträgt, was Probleme beim Drücken einer Klinge gegen das fotoempfindliche Element 2 waren.
Bei der Verwendung dieser Aufladungsklinge 5 wurde eine Bildauswertung und eine Klebrigkeitsauswertung auf die gleiche Art und Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 veranschaulicht. Tabelle 2:
Durch die Definition der Werte von PS und Rz der Aufladungsklinge 5 innerhalb des Bereiches der bei der ersten Ausführungsform spezifiziert wurde, wurden vorteilhafte Bilder erhalten und die Klebrigkeit konnte vermieden werden.
Das Ergebnis der Auswertung der Aufladungsrolle 1 ist bei der ersten Ausführungsform gezeigt und das der Aufladungsklinge 5 bei der zweiten Ausführungsform und ähnliche Effekte wurden auch dann erhalten, wenn das Aufladungselement ein Aufladungsband oder ein Aufladungsblock war.

Ausführungsform 3

Die Fig. 6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Aufladungsrolle 1 nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Aufladungsrolle 1, die in der Fig. 6 dargestellt ist, wird durch das Beschichten der Oberfläche der Aufladungsrolle, die bei der Ausführungsform verwendet wird, mit einer Urethanfarbe vorbereitet. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird der Oberflächenzustand, der bei der vorliegenden Erfindung auftritt, durch ein Polieren der elastischen Schicht 1b realisiert. Um allerdings die gegebenen Bedingungen der Erfindung alleine durch ein Polierverfahren zu erreichen, ist dies für eine Massenproduktion nicht geeignet, weil das Festsetzen von Regel- und Verarbeitungsbedingungen des Verfahrens sehr kompliziert und es pro Stück in Bezug auf die Verarbeitungszeit und Ausbeute sehr teuer ist. Es wird daher versucht, die Verarbeitungszeit zu erniedrigen, die Ausbeute zu erhöhen und die Vermeidung von undichten Stellen in dem fotoempfindlichen Element 2 zu verbessern, indem die Oberfläche der Aufladungsrolle 1 nach einer groben Polierung mit einer Urethanfarbe aus demselben Material wie die elastische Schicht 1b beschichtet wird, um eine Widerstandsschicht 1c zu bilden.
Wie es in der Fig. 6 dargestellt ist, gibt es einen Fehler bei der Polierung durch das komplizierte Polierverfahren, der aus großen Wellenbewegungen und kleinen Wellenbewegungen in der Grundfläche der Aufladungsrolle 1 besteht. Eine Urethanfarbe wird darauf angewendet, um eine geeignete Filmdicke zu erhalten. Als ein Ergebnis neigt die Widerstandsschicht 1c dazu, die ursprüngliche Anordnung gegenüber den großen Wellenbewegungen beizubehalten, und füllt die Spalten und Rundungen der Spitzen der Hügel der kleinen Wellenformen.
Indem in die Raumfrequenz f als die Ursache von unnormaler Entladung umgewandelt wird, werden Wellen in einem Bereich von 10 ≤ f ≤ 100 Umdrehungen/mm in Vergleich mit den Niveaus vor der Anwendung von Urethanfarbe ausgeglättet und das Leistungsspektrum PS erniedrigt. Für Wellenflächen mit einer Raumfrequenz f unterhalb von 10 Umdrehungen/min. die zum Vermeiden der Klebrigkeit geeignet ist, wird die Form der Oberfläche der elastischen Schicht 1b nahezu vollständig beibehalten.
Unter der Verwendung einer solchen mit Urethan beschichteten Aufladungsrolle 1 wurde die gleiche Bildauswertung und Klebrigkeitsauswertung wie bei der ersten Ausführungsform durchgeführt. Als ein Ergebnis wurde bei der Aufladungsrolle 1, die die Bedingung der dritten Ausführungsform erfüllt, das gleiche Ergebnis wie bei der ersten Ausführungsform erhalten.
Bei der Ausführungsform war die elastische Schicht 1b aus Urethangummi und die Widerstandsschicht 1c wurde mit Urethanfarbe beschichtet, es ist allerdings nicht darauf beschränkt und das elastische Schichtmaterial kann Silikongummi, EPM, EPDM, Chloroprengummi oder irgendein anderes elastisches Material sein, das als die elastische Schicht 1b nach der halbleitenden Behandlung verwendet werden kann. Als das Material der Widerstandsschicht kann Polyamid, Polyester, Fluorkunststoff, Silikonharz, Acrylharz oder ein anderes Material, das dazu geeignet ist, eine Widerstandsschicht in der Form einer Farbe zu bilden, als die Widerstandsschicht 1c verwendet werden.
Die Ausführungsform bezieht sich auf die Zusammensetzung der Aufladungsrolle 1, ist allerdings nicht auf die Rolle allein beschränkt, und es ist auf Grund des technischen Konzeptes der Erfindung klar, dass die gleiche Leistungsfähigkeit für Aufladungselemente in der Form einer Klinge, eines Bandes oder eines Blockes erhalten wird.

Ausführungsform 4

Eine vierte Ausführungsform ist dargestellt. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die mittlere 10-Punkt- Oberflächenrauhigkeit Rz und die Summe des Leistungsspektrums in einem vorbestimmten Frequenzbereich als die Skala zum Ausdrücken der Oberflächenrauhigkeit der Aufladungsrolle 1 verwendet wird. Das heißt, an die Stelle des Leistungsspektrums bei der ersten Ausführungsform wird die Summe des Leistungsspektrums in einem vorbestimmten Frequenzbereich verwendet. Die Summe des Leistungsspektrums in einem vorbestimmten Frequenzbereich und der zugehörige integrale Wert werden nachfolgend unter der Verwendung der Kurve des Leistungsspektrums erklärt werden. Ein Bereich der Raumfrequenz ist in A, B in der Fig. 7 (bei dieser Erfindung von 10 Umdrehungen/mm bis 50 Umdrehungen/mm) spezifiziert und dieser Bereich wird in n Teile mit je einer Bandbreite Δ f (Umdrehungen/mm) unterteilt und das Leistungsspektrum PSi wird in jeder Bandbreite (i = 1, 2, ..., n) (um²) Δ f · PSi berechnet, was der Fläche der Kurve des Leistungsspektrums zwischen A und B entspricht.
Auf der anderen Seite kann die Summe des Leistungsspektrums in dem vorbestimmten Frequenzbereich als Summe PSi ausgedrückt werden.
Für unterschiedliche elastische Rollen wurden die integralen Werte des Leistungsspektrums von der Raumfrequenz von 10 Umdrehungen/mm bis 50 Umdrehungen/mm erhalten und ein punktförmiger Nebel und weiße Punkte traten bei einem Integralwert des Leistungsspektrums von 0,07 oder höher auf und im Besonderen dann, wenn der integrale Wert des Leistungsspektrums 0,05 oder höher war, wurde das Auftreten von Nebel in Abhängigkeit von dem Entwicklungsverfahren beobachtet.
Es war somit bekannt, den Schwellwert der Oberflächenrauhigkeit des Aufladungselementes für eine gleichförmige Aufladung durch den integralen Wert des Leistungsspektrums zu bestimmen. Allerdings ist der Schwellwert von 0,07 als der integrale Wert des Leistungsspektrums nur für den Wert des Leistungsspektrums, das in der Bandbreite unter den spezifizierten Bedingungen (0,65 Umdrehungen/mm) bei der FFT Verarbeitung berechnet wird, gültig. Wenn der Wert des Leistungsspektrums und der integrale Wert in einer anderen Bandbreite berechnet werden, ist der Schwellwert von 0,07 in den oben genannten Bereichen gelegen (bei einer Bandbreite von 0,65 Umdrehungen/mm können sie nicht direkt angewendet werden). Der berechnete integrale Wert des Leistungsspektrums muss durch die Bandbreite zur Zeit der FFT Verarbeitung dividiert werden und weiterhin mit der Bandbreite (0,65 Umdrehungen/mm) multipliziert werden.
Im Gegensatz dazu kann die Summe des Leistungsspektrums in dem vorbestimmten Frequenzbereich wechselseitig innerhalb eines gleichen Raumfrequenzbereiches verglichen werden, egal ob die Querschnittskurve unter unterschiedlichen Bedingungen gemessen oder der Wert des Leistungsspektrums in unterschiedlichen Bandbreiten in den jeweiligen elastischen Rollen bei unterschiedlichen FFT Behandlungsbedingungen berechnet wird. Dies ist somit ein effektiver Parameter zum Festsetzen des Schwellwertes der Oberflächenrauhigkeit des Aufladungselementes für eine gleichförmige Aufladung.
Das Messverfahren und das Berechnungsverfahren der Summe des Leistungsspektrums in einem vorbestimmten Frequenzbereich werden nachfolgend beschrieben werden.

(Berechnung des Leistungsspektrums und der Summe des Leistungsspektrums in einem vorbestimmten Frequenzbereich)

(1) Bei der Verwendung des gleichen Instrumentes wie bei der Rz Messung, wurden Querschnittskurven (Amplitudeneinheit um) in der Umfangsrichtung und axialen Richtung der Oberfläche der Aufladungsrolle gemessen und die Daten der Querschnittskurve A/D gewandelt und diskrete Daten erhalten (Abtastfrequenz 100 Hertz).
(2) Nach einer "Hanning-Fenster" Verarbeitung, wurde eine schnelle Fourier Transformation FFT durchgeführt (Bandbreite 0,65 Umdrehungen/mm).
(3) Wie bei dem Rz wird das Mittel der neun Punkte in der Umfangsrichtung und axialen Richtung und das Leistungsspektrum in der Umfangsrichtung und axialen Richtung der Aufladungsrolle 1 erhalten.
(4) Die Summe in dem vorbestimmten Frequenzbereich wird durch ein Anhäufen der Werte PS des Leistungsspektrums in jeder Raumfrequenz im vorbestimmten Raumfrequenzbereich der erhaltenen Leistungsspektren berechnet (in dem Fall der vorliegenden Erfindung: 10 Umdrehungen/mm ≤ f ≤ 50 Umdrehungen/mm, wobei f die Raumfrequenz ist).
Wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel wurden 10 Proben der Aufladungsrolle 1 vorbereitet, bei denen Rz und PS unabhängig durch Beschichten eingestellt wurde und diese wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel bewertet. Das Ergebnis der Auswertung ist in der Tabelle 3 dargestellt. In der Tabelle 3 stellt das Zeichen Δ bei der Bildauswertung dar, dass ein leichter Nebel kein Problem bei der praktischen Verwendung darstellte. Tabelle 3:
Die Fig. 8a zeigt die Beziehung zwischen dem Leistungsspektrum und der Raumfrequenz im Vergleich von zwei Proben nach der Tabelle 3, d. h., der Aufladungsrolle (Probe 1) mit der Summe des Leistungsspektrums größer als 0,11 um² und Rz gleich 3 um und der Aufladungsrolle (Probe 2) mit der Summe von 0,11 um² oder kleiner und Rz gleich 3 um. Die Fig. 8b zeigt die Beziehung zwischen dem Leistungsspektrum und der Raumfrequenz für die Aufladungsrolle (Probe 3), bei der die Summe des Leistungsspektrums größer als 0,11 um² und Rz 10 um ist und der Aufladungsrolle (Probe 4) bei der die Summe 0,11 um² oder kleiner und Rz 10 um ist.
Wie auf Grund der Fig. 8a und b klar ist, tritt in jedem Fall der Unterschied in dem Leistungsspektrum in dem Raumfrequenzbereich von 10 Umdrehungen/mm bis 50 Umdrehungen/mm als Unterschied von guten oder schlechten Bildern auf. Die Summe des Leistungsspektrums in dem Raumfrequenzbereich von 10 Umdrehungen/mm bis 50 Umdrehungen/mm bei diesen vier Proben ist in der Fig. 9 dargestellt. Wie auf Grund der Tabelle 3 und der Fig. 9 offensichtlich wird, können keine exzellenten Bilder erhalten werden, wenn die Summe des Leistungsspektrums größer als 0,11 um² ist. Wenn die Summe 0,11 um² oder kleiner ist, kann ein praktisch verwendbares Bild erhalten werden und wenn weiterhin die Summe 0,08 um² oder kleiner ist, können besonders bevorzugte Bilder erhalten werden.
Übrigens kann die Klebrigkeit zwischen der Aufladungsrolle 1 und dem fotoempfindlichen Element 2 vermieden werden, wie es aus der Fig. 3 klar hervorgeht, wenn Rz der Oberfläche der Aufladungsrolle als 5 um oder weniger festgelegt wird.
Weiterhin wurde wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel das Leistungsspektrum für die Raumfrequenz ausgewertet, die die Klebrigkeit in einem Bereich von 10 um oder weniger verursacht. Als ein Ergebnis zeigte es sich bei der Raumfrequenz f in einem Bereich von 10 Umdrehungen oder weniger, dass die Klebrigkeit nicht auftritt, wenn die Summe des Leistungsspektrums ΣPSi 0,8 um² oder weniger beträgt.
Bei dieser Ausführungsform wurde eine drehbare Trommel als das Aufladungselement verwendet, es ist allerdings offensichtlich, dass der gleiche Effekt auch mit einer nicht drehenden Rolle, einer Klinge, einem Block oder dergleichen erzielt werden kann.

Ausführungsform 5

Eine fünfte Ausführungsform ist dargestellt. Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass die mittlere 10-Punkt Oberflächenrauhigkeit und die Vertiefungsentfernung relativ zu der Hügelentfernung der Oberfläche als die Skala zum Ausdrucken der Oberflächenrauhigkeit der Aufladungsrolle 1 verwendet wird. Das heißt, an Stelle des Leistungsspektrums bei der ersten Ausführungsform wird die Entfernung der Vertiefungen relativ zu der Entfernung der Hügel der Oberfläche verwendet.
Durch das Beschichten wird wie bei der dritten Ausführungsform die Aufladungsrolle 1 so eingestellt, dass die Tiefe und der Wert von Rz der Vertiefungen sich bei der Entfernung der Oberflächenhügel in einem Bereich von 10 bis 100 um unterscheiden. Unter der Verwendung von unterschiedlichen Aufladungsrollen wurde die gleiche Auswertung wie bei der ersten Ausführungsform durchgeführt. Das Ergebnis der Auswertung ist in der Tabelle 4 dargestellt. Tabelle 4:
Wie sich aus dem Ergebnis erkennen lässt, ist die Aufladung einheitlich, wenn die Entfernung zwischen den Hügeln in einem Bereich von 10 um bis 100 um und die Tiefe der Vertiefungen innerhalb von ³/&sub4; der Entfernung der Hügel ist, und es tritt zudem kein Nebel auf. Wenn weiterhin Rz auf mindestens 5 um gehalten wird, kann zur gleichen Zeit die Klebrigkeit vermieden werden.
Bei dieser Ausführungsform wurde eine drehbare Rolle als das Aufladungselement verwendet, allerdings können gleiche Effekte auch mit einer nicht drehbaren Rolle, einer Klinge, einem Block oder der gleichen erhalten werden.

Ausführungsbeispiel 6

Ein sechstes Ausführungsbeispiel ist dargestellt. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel wurden die Wellenstrukturen der elastischen Schicht 1b lediglich durch die Widerstandsschicht 1c ausgeglichen. In diesem Fall war es zur Vermeidung der Klebrigkeit in den HH-Umgebungen notwendig, die Oberfläche der elastischen Schicht 1b, welche eine Basisoberfläche ist, vorher zu verarbeiten, so dass das Leistungsspektrum PS in einem Bereich f < 10 Umdrehungen/mm hoch sein kann. Bei dieser Ausführungsform wird ein Herstellungsverfahren der Aufladungsrolle mit Bezug auf die Fig. 10 beschrieben werden, dass keine solche bekannte Verarbeitung erfordert.
Vor dem Anwenden der Widerstandsschicht 1c auf die elastische Schicht 1b, wird die polierte elastische Schicht 1b ((a) im Diagramm) in eine flüchtige Lösung eingetaucht und die elastische Schicht 1b schwillt an (b). Nachdem somit der äußere Durchmesser der elastischen Schicht ausgedehnt wurde, wird die Widerstandsschicht 1c angewendet (c). Bevor die flüchtige Lösung in der elastischen Schicht 1b verdampft, wird die Widerstandsschicht 1c getrocknet und ausgeheilt, wodurch ein glatter Film gebildet wird. Wenn das Trocknen fortgesetzt wird, verdampfen die flüchtigen Lösungsbestandteile in der elastischen Schicht 1b, so dass der äußere Durchmesser wieder auf seine ursprüngliche Größe vermindert wird. Zu dieser Zeit wird die Widerstandsschicht 1c, die an der elastischen Schicht 1b haftet, durch das Schrumpfen der elastischen Schicht 1b so komprimiert, dass der glatte Film gestört wird (d). Durch eine solche Verarbeitung wird auf einfache Weise eine Aufladungsrolle hergestellt, welche bei dem relativ hohen Raumfrequenzbereich, der die Ungleichmäßigkeit der Aufladung beeinflusst, eine glatte Oberfläche hat und eine große Rauhigkeit oder einen großen Rz Wert in dem niederfrequenten Bereich hat, der die Klebrigkeit beeinflusst.
Wenn die Form und das Material der Aufladungsrolle 1 dasselbe wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist, wird Alkohol oder Toluol, das den Urethangummi nicht angreift, als das flüchtige Lösungsmittel verwendet werden. Die Aufladungsrolle 30 Sekunden bis 5 Minuten wird in dem Lösungsmittel lang eingetaucht und unmittelbar danach die Urethanfarbe mit einer Filmdicke von ungefähr 5 bis 500 um, bevorzugterweise von 10 bis 50 um angewendet. Dann wird sie drei bis acht Stunden lang bei ungefähr 100ºC getrocknet.
Unter der Verwendung der Aufladungsrollen 1, die gemäß der Ausführungsform hergestellt wurden, wurde eine Bildauswertung und eine Klebrigkeitsauswertung auf die gleiche Art und Weise wie bei der ersten Ausführungsform ausgeführt und die Aufladungsrolle 1, die die Bedingungen der Erfindung erfüllt, erzielte die gleichen Resultate wie bei der ersten Ausführungsform.
Bei dieser Ausführungsform bestand die elastische Schicht 1b aus Urethangummi und die Widerstandsschicht 1c wurde mit Urethanfarbe beschichtet, aber die Erfindung ist nicht darauf eingeschränkt, sondern das elastische Schichtmaterial kann ein Silikongummi, EPM, EPDM, Chloroprengummi oder ein anderes elastisches Material sein, welches als die elastische Schicht 1b nach der halbleitenden Behandlung verwendet werden kann. Als das Material der Widerstandsschicht kann Polyamid, Polyester, Fluorkunststoffe, Siliziumharz, Acrylharz oder ein anderes Material verwendet werden, das eine Widerstandsschicht in der Art einer Farbe bilden kann.
Die Ausführungsform bezieht sich auf die Zusammensetzung der Aufladungsrolle 1, sie ist allerdings nicht auf die Aufladungsrolle 1 allein beschränkt und es ist aufgrund des technischen Konzepts der Erfindung klar, dass die gleichen Leistungsmerkmale erzielt werden können, wenn das Aufladungselement in der Form einer Klinge, eines Gurtes oder eines Blockes ist.

Ausführungsform 7

Bei der Entwicklungsvorrichtung 21 der Bilderzeugungsvorrichtung der Fig. 2 kann viel umgekehrt geladener Toner in der Entwicklungsvorrichtung vorhanden sein, wenn eine magnetische einkomponentige Entwicklungsvorrichtung oder dergleichen verwendet wird. In einem solchen Fall kann auch bei der Bilderzeugungsvorrichtung, die die Aufladungsvorrichtung gemäß der Erfindung beinhaltet, ein Bilddefekt wie Nebel oder seitliche Streifen oder weiße Punkte bei der Bildausgabe auftreten, im Besonderen unter LL Umgebungsbedingungen. Dies wird durch eine geringfügige überschüssige Ladung auf der fotosensitiven Schicht 2a auf der stromaufwärts gelegenen Seite (auch sich annähernder Bereich genannt) unmittelbar vor dem Kontakt zwischen der Aufladungsrolle und der fotoempfindlichen Schicht 2a verursacht, wie es in der japanischen Patentanmeldung Nr. 5-221802 und der US-Patentanmeldung Nr. 08/302068 offenbart ist.
Als eine siebte Ausführungsform ist ein Beispiel der Aufladungsvorrichtung, die in der Bilderzeugungsvorrichtung verwendet wird, in der Fig. 11 dargestellt.
In der Fig. 11 ist der Bereich in der Nähe der Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 2 vor und hinter dem Kontaktbereich der Aufladungsrolle 1 und der fotoempfindlichen Trommel 2 in die folgenden drei Bereiche unterteilt.
(1) Einen schließenden Bereich (A), bei dem sich die Oberflächen der Aufladungsrolle 1 und der fotoempfindlichen Trommel 2 einander nähern und in Kontakt kommen.
(2) Ein Kontaktbereich (B), bei dem die Oberflächen der Aufladungsrolle 1 und der fotoempfindlichen Trommel 2 in Kontakt miteinander sind.
(3) Ein Trennungsbereich (C), bei dem sich die Oberflächen der Aufladungsrolle 1 und der fotoempfindlichen Trommel 2 in Bezug aufeinander wieder trennen.
In der Fig. 11 bezeichnet das Bezugszeichen 4 eine Licht ausstrahlende Diode (LED) zum Belichten des schließenden Bereiches, der durch A gekennzeichnet ist. Die anderen konstituierenden Elemente sind dieselben wie bei der Fig. 1 und eine detaillierte Beschreibung wird deshalb ausgelassen. In dem schließenden Bereich bewegt sich auf Grund des Phänomens der Luftentladung die elektrische Ladung von der Aufladungsrolle 1 auf die Trommel 2 zu, allerdings wird elektrische Ladung auf der fotoempfindlichen Schicht 2a allmählich durch das Licht der LED 4 statisch entladen. Bis die Aufladungsrolle 1 und die Trommel 2 in Kontakt miteinander kommen, wird elektrische Ladung nicht auf der Oberfläche der fotoempfindlichen Schicht 2a akkumuliert und das Oberflächenpotential hält den Zustand von V&sub0; = 0 Volt bei. Anschließend ist in dem Kontaktbereich kein Spalt vorhanden und das Aufladungsphänomen tritt nicht auf, wodurch zu dem nächsten Trennungsbereich übergegangen wird. Da der Spalt allmählich verbreitert wird, wird in dem Trennungsbereich Ladung in dem Moment wieder aufgenommen, wenn die Bedingungen des Spaltabstandes und der Entladungsstartspannung gemäß dem Gesetz von Paschen erfüllt sind. Da dieser Bereich nicht durch die LED 4 belichtet wird, wird die elektrische Ladung auf der Oberfläche der fotoempfindlichen Schicht 2a angesammelt und die Trommel 2 aufgeladen. In dem Trennungsbereich tritt eine anormale Entladung nicht auf, da der Spaltabstand beim Start der Entladung gering ist, so dass defekte Bilder nicht verursacht werden.
Die Aufladungsvorrichtung, die die Aufladungsrollen gemäß der Ausführungsformen 1 bis 6 verwendet, wurde in der Bilderzeugungsvorrichtung dieser Ausführungsform verwendet und die gleiche Auswertung wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt. Als ein Ergebnis zeigten die Aufladungsrollen bevorzugte Ergebnisse ohne Nebel oder Klebrigkeit. Deshalb war bei dieser Ausführungsform selbst in dem Fall einer Bilderzeugungsvorrichtung, bei der eine große Menge von umgekehrt geladenen Toner in der Entwicklungslösung vorhanden war, Bildanormalitäten wie Nebel oder seitliche Streifen und weiße Flecken nicht vorhanden.
Bei der Ausführungsform wird eine überschüssige Aufladung der fotoempfindlichen Schicht durch das Belichten des sich schließenden Bereiches verhindert, allerdings ist das Verfahren nicht darauf beschränkt und die gleichen Effekte werden durch ein Anbringen eines Aufladungsverhinderungsmittels in dem sich schließenden Bereich erzielt, wie es in der vorstehend genannten US-Patentanmeldung Nr. 08/302068 offenbart ist, oder weiterhin durch das Anbringen der LED an der weiter stromaufwärts gelegenen Seite, in dem von der Lebensdauer des Trägerpaares Verwendung gemacht wird, das in der fotoempfindlichen Schicht erzeugt wird.
Bei der Ausführungsform ist das Aufladungselement eine Rolle. Die gleichen Effekte können aber natürlich auch mit einer Klinge, einem Riemen, einem Block und dergleichen erzielt werden.
Bei den Ausführungsformen 1 bis 7 ist das aufzuladende Objekt nicht auf das fotoempfindliche Element alleine beschränkt und die Erfindung kann auch effektiv für andere Objekte verwendet werden. Bei allen Ausführungsformen kann als eine Leistungsquelle eine Wechselspannungsquelle verwendet werden.

Claims

1. Aufladungsvorrichtung zum Aufladen eines aufzuladenden bewegbaren Objektes (2), die umfasst:

ein Aufladungselement (1, 5), welches das aufzuladende Objekt (2) kontaktiert und

eine Leistungsquelle (3) zum Anlegen einer Spannung an das Aufladungselement (1),

wobei ein Leistungsspektrum PS die folgende Beziehung erfüllt, wenn eine Raumfrequenz eines Profils einer Oberfläche (1b, 1c) des Aufladungselementes (1, 5) analysiert wird,

in einen Bereich von 10 ≤ f ≤ 100 (Umdrehungen/mm) (f: Raumfrequenz) gilt:

PS ≤ -2,5 · log(f/2) (um²).

2. Aufladungsvorrichtung zum Aufladen eines aufzuladenden bewegbaren Objektes (2), die umfasst

eine Leistungsquelle zum Anlegen einer Spannung an das Aufladungselement (1),

wobei ein Leistungsspektrum PS die folgende Beziehung erfüllt, wenn eine Raumfrequenz eines Profils einer Oberfläche des Aufladungselementes (1, 5) analysiert wird;

wobei das Leistungsspektrum PS der Oberfläche (1b, 1c) des Aufladungselementes die folgende Beziehung erfüllt;

in einen Bereich von f ≤ 7 (Umdrehungen/mm) (f: Raumfrequenz) gilt:

log(PS) ≥ -0,24f - 0,2 (um²).

3. Aufladungsvorrichtung zum Aufladen eines aufzuladenden bewegbaren Objektes (2), die umfasst:

eine Leistungsquelle zum Anlegen einer Spannung an das Aufladungselement (1, 5),

wobei ein Leistungsspektrum PS die folgende Beziehung erfüllt, wenn eine Raumfrequenz eines Profils einer Oberfläche (1b, 1c) des Aufladungselementes (1, 5) analysiert wird;

in einem Bereich von 10 ≤ f ≤ 100 (Umdrehungen/mm) (f: Raumfrequenz) gilt:

PS ≤ -2,5 · log(f/2) (um²), und weiterhin

in einen Bereich von f ≤ 7 (Umdrehungen/mm) (f: Raumfrequenz) gilt:

Log(PS) -0,24f - 0,2 (um²).

4. Aufladungsvorrichtung zum Aufladen eines aufzuladenden bewegbaren Objektes (2), die umfasst:

ein Aufladungselement (1, 5), welches das aufzuladende Objekt (8) kontaktiert und

eine Leistungsquelle (3) zum Anlegen einer Spannung an das Aufladungselement (1, 5),

wobei eine Summe des Leistungsspektrums ΣPSi in einen vorbestimmten Frequenzbereich die folgende Beziehung erfüllt, wenn eine Raumfrequenz eines Profils einer Oberfläche (1b, 1c) des Aufladungselementes (1, 5) analysiert wird,

in einen Bereich von 10 ≤ f < 50 (Umdrehungen/mm) (f: Raumfrequenz) gilt:

ΣFSi ≤ 0,11 (um²).

5. Aufladungsvorrichtung zum Aufladen eines aufzuladenden bewegbaren Objektes (2), die umfasst:

ein Aufladungselement (1, 5), welches das aufzuladende Objekt (2) kontaktiert, und

wobei eine Summe des Leistungsspektrums ΣFSi in einen vorbestimmten Frequenzbereich die folgende Beziehung erfüllt, wenn eine Raumfrequenz eines Profils einer Oberfläche (1b, 1c) des Aufladungselementes (1, 5) analysiert wird,

in einen Bereich von f < 10 (Umdrehungen/mm), wobei f die Raumfrequenz ist, gilt:

ΣPSi ≥ 0,80,8 (um²).

6. Aufladungsvorrichtung zum Aufladen eines aufzuladenden bewegbaren Objektes (2), die umfasst:

in einen Bereich von 10 ≤ f ≤ 50 (Umdrehungen/mm), wobei f die Raumfrequenz ist, gilt:

ΣPSi ≤ 0,11 (um²),

und weiterhin gilt in einen Bereich von f < 10 (Umdrehungen/mm), wobei f die Raumfrequenz ist:

ΣPSi ≥ 0,8 (um²).

7. Aufladungsvorrichtung zum Aufladen eines aufzuladenden bewegbaren Objektes (2), die umfasst:

wobei, wenn eine Entfernung zwischen benachbarten Hügeln auf einer Oberfläche des Aufladungselementes (1, 5) in einen Bereich von 10 bis 100 um liegt, eine Tiefe von Vertiefungen 3/4 oder weniger des Abstandes zwischen den Hügeln ist.

8. Aufladungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mittlere Zehn-Punkt-Oberflächenrauhigkeit der Oberfläche (1b, 1c) des Aufladungselementes 5 um oder mehr beträgt.

9. Aufladungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aufladungselement (1, 5) eine Rolle (1) oder eine Klinge (S) ist.

10. Aufladungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin umfasst:

ein eine Aufladung vermeidendes Mittel (4) zum Vermeiden einer Aufladung des Objektes (2) im dem sich annähernden Bereich.

11. Aufladungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das aufzuladende Objekt (2) photoleitend ist und dass das eine Aufladung vermeidende Mittel (4) den sich annähernden Bereich belichtet.

12. Bilderzeugungsapparat, der umfasst:

einen bewegbaren Bildträger und

die Aufladungsvorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Aufladen des Bildträgers.

13. Verfahren zum Herstellen eines Aufladungselementes, das in einen der vorhergehenden Aufladungsvorrichtungsansprüche definiert ist, das die folgenden Schritte umfasst:

das Aufschwellen eines Aufladungselementes (1, 5), das eine elastische Schicht (1b) hat, in einem flüchtigen Lösungsmittel,

das Bedecken der Oberflächenschicht (1c), das Trocknen und

das Verdampfen des flüchtigen Lösungsmittels, das in der elastischen Schicht (1b) verbleibt, um dadurch die Oberfläche des Aufladungselementes (1, 5) aufzurauhen.