专利名称：充电装置以及使用充电装置的成像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在诸如电子照相复印机或激光束打印机等的成像装置内，对上面形成有调色剂图像的诸如光电导磁鼓等的图像载受体的表面以均匀电位进行充电的充电装置(charger)，具体涉及为使图像载受体的表面以及充电装置的表面都长期保持在清洁状态而所做的改进。
现有技术在电子照相复印机或激光束打印机中，诸如光电导磁鼓等的图像载受体的表面被均匀充电，然后根据图像信息进行曝光，以便形成静电潜像，并且该静电潜像在调色剂中进行显影，以便形成一个可视图像的调色剂图像，最后，该调色剂图像被转印到诸如中间转印体或记录纸等的图像载受体，以便形成记录图像。作为一种用于对光电导磁鼓的表面进行均匀充电的充电装置，迄今一直经常使用非接触式电晕放电器，但是通过电晕放电产生的臭氧却容易对环境和人体产生不利影响，因而近年来，使用一种与图像载受体直接接触的充电装置来取而代之，这种方式一直呈迅速上升态势。
迄今，作为这种接触式充电装置，一种按照如下方式构成的充电辊已为人所知，即在该充电辊中，导电轴芯部件的周围覆盖有导电橡胶，并且通过施加预定接触压力使该导电橡胶与光电导磁鼓的表面接触。在如此构造的充电辊中，在导电橡胶和光电导磁鼓之间形成微小间隙，并且通过在该微小间隙处发生的放电，向光电导磁鼓提供电荷。然而，在充电辊中，导电橡胶层在接触压力下发生变形，因而很难使导电橡胶与光电导磁鼓均匀接触，而且有一缺点是，由于接触不均匀而使得光电导磁鼓上的充电不均匀。
JP-A-4-232977和JP-A-5-72869等揭示了一种采用下列配置的充电装置，即在该充电装置中，使一个圆筒状成形的旋转管与光电导磁鼓接触。具体来说，使这种具有预定电阻值的旋转管与光电导磁鼓接触，并且在该旋转管内设有用于向旋转管供电的导电轴芯部件，以便贯穿旋转管，而且向该轴芯部件施加直流偏压。根据该配置，旋转管弹性地配合光电导磁鼓的外圆周表面，并且旋转管本身随着偏压的提供，以静电方式被吸引到光电导磁鼓的外圆周表面，这样，旋转管和光电导磁鼓可相互均匀接触，并且与现有技术相比，可对光电导磁鼓进行均匀充电，而在现有技术中，导电橡胶层紧贴光电导磁鼓的表面。
在JP-A-11-125956中揭示的充电装置设有导电泡沫层，其围绕导电轴芯部件设置；以及旋转管，其与泡沫层的周围相连。泡沫层的硬度设置得极软，从而使旋转管弹性地与光电导磁鼓接触。因此，在该公报上揭示的充电装置中，通过向轴芯部件施加预定幅度的偏压，也可对光电导磁鼓进行均匀充电。
另外，在使用这种充电装置的电子照相复印机等设备中，在光电导磁鼓表面形成的静电潜像在调色剂中进行显影，并且该调色剂图像被转印到图像载受体，因而，未被转印到光电导磁鼓上的剩余调色剂以及纸粉等便容易附着在光电导磁鼓的表面。向调色剂中添加二氧化硅(Silica)、氧化铝(Alumina)等微粒子以调整摩擦电荷量和流动性。当调色剂图像在光电导磁鼓上形成时，这些外部添加剂便附着在光电导磁鼓上。并且，如果使用把调色剂和载体混合起来的双成分显影剂作为静电潜像的显影剂，则载体可能会附着在光电导磁鼓的表面上。
因此，这些异物很容易从光电导磁鼓被转移到与光电导磁鼓直接接触的充电装置的表面，并且如果调色剂等附着在充电装置的表面上，则仅在该附着部位出现放电异常，而且光电导磁鼓的表面电位倾向于变高。如果附着了粒径较大的异物(如载体)，则光电导磁鼓出现充电不良。也就是说，在光电导磁鼓的表面电位出现不均匀，并且显影量出现差异，因而，如果试图对半色调图像进行显影，则密度不一致性会尤为明显。
外部添加剂与调色剂和载体相比尺寸极小。因而，如果外部添加剂一定程度地附着在充电装置的表面，则它对充电性能本身影响不大。然而，如果充电装置在外部添加剂和调色剂都附着在充电装置表面的状态下反复旋转，则调色剂倾向于以外部添加剂为核心固着在充电装置的表面。这种固着的调色剂以条纹形状被转印到光电导磁鼓的表面，最后以薄膜形状伸展在光电导磁鼓的表面上。调色剂在充电装置和光电导磁鼓表面的这种附着被叫做所谓的成膜现象(Filming Phenomenon)。如果发生成膜现象，则会在所形成的图像中出现密度不一致性或出现条纹，从而使图像质量明显下降。
为避免发生此类问题，采用现有技术的复印机、打印机等设备通常设有清洁器，用于对设置在调色剂图像转印部分与充电装置之间的光电导磁鼓的表面进行清洁，从而在充电装置之前把附着在光电导磁鼓上的调色剂、载体等异物都收集起来。然而，清洁器在去除光电导磁鼓表面上的调色剂等异物的同时，还会刮掉光电导磁鼓表面的光敏层，因而存在缩短光电导磁鼓寿命的问题。该问题对于其中清洁叶片紧贴光电导磁鼓表面这种类型的清洁器尤其明显。当针对光电导磁鼓设有清洁器时，如果由清洁器收集的废调色剂的收集箱的容量设置较大，则成像装置自身尺寸便会增大。尤其是在对于黄色、品红色、青色和黑色的各色调色剂均设有光电导磁鼓的所谓的串列式全色复印机中，产生的危害较大。特别是，近几年来，为使全色激光束打印机实现小型化，已采用了小直径的光电导磁鼓，并且光电导磁鼓的周围空间也已明显减少。而且，为提高调色剂图像的转印效率，还加快了对调色剂的改进。例如，下文所述的球形调色剂便是一例；如果只设有清洁叶片，则很难将这种调色剂从光电导磁鼓上去除。因此，对一种所谓的针对光电导磁鼓不设清洁器的无清洁器结构的需求不断增长，而且调色剂在充电装置上的附着，也就是上述成膜现象的发生，对于提供一种无清洁器的成像装置来说，也是一个需要解决的极其重要的问题。
发明综述因此，本发明的目的是提供一种充电装置，该充电装置可防止调色剂、载体等异物附着在充电装置本身上，并可防止在光电导磁鼓等的图像载受体上发生成膜现象，以便长期稳定地为图像载受体的表面进行充电。
也就是说，本发明提供一种用于对图像载受体的表面进行均匀充电的充电装置，该充电装置设有圆筒形旋转管，其与上面形成有调色剂图像的图像载受体接触，该旋转管被施加预定电荷偏置；以及驱动部分，用于按照预定圆周速度驱动旋转管。其中，满足下列关系式1.01＜(V2/V1)≤1.10式中，V1是指图像载受体的圆周速度，V2是指所述旋转管的圆周速度。
当静电潜像被显影时，最初附着在充电装置上的调色剂和载体等的异物便附着在诸如光电导磁鼓的图像载受体上。这些异物被转移到充电装置上，位于充电装置与图像载受体之间的接触区内。因而，如果在边接触边旋转的图像载受体和充电装置的旋转管之间设有速度差，则由于附着在图像载受体上并随之行进的异物和旋转管之间存在速度差，因而这些异物很难附着在旋转管上。如果载体等附着于旋转管上，则载体等附着的部位再次途经与图像载受体的接触区，从而将附着的异物从旋转管的表面刮掉，并且可尽可能地防止异物连续附着在旋转管上。本发明者们作了实验并证实，如果旋转管的圆周速度V2与图像载受体的圆周速度V1之间的速度比大于1.01，则可抑制异物附着在旋转管的表面，并且可提供良好记录图像，而且这些图像没有斑点状的图像污迹。
另一方面，如果上述两者之间的速度差太大，则较大的剪应力便作用于夹在图像载受体与旋转管之间的调色剂上，从而使调色剂很容易固着在旋转管和图像载受体的表面。本发明者们还作了实验并证实，如果旋转管的圆周速度V2与图像载受体的圆周速度V1之间的速度比等于或小于1.10，则调色剂在图像载受体和旋转管表面上的附着，也就是成膜现象的发生会得到抑制，从而可形成无图像质量不均匀性的良好记录图像。
本发明提供了一种充电装置，其在与上面形成有调色剂图像的图像载受体接触的同时进行旋转，该充电装置用于对图像载受体的表面进行均匀充电。该充电装置设有圆筒形旋转体，其与图像载受体接触，该旋转体被施加预定电荷偏置；以及轴芯部件，其贯穿旋转体。其中，满足下列关系式Rz/Sm≤1×10-2式中，旋转体的表面粗糙度为Rz(μm)，凹凸的平均间隔为Sm(μm)。
并且，本发明还提供了一种充电装置，其在与上面形成有调色剂图像的图像载受体接触的同时进行旋转，该充电装置用于对图像载受体的表面进行均匀充电。该充电装置设有圆筒形旋转管，其与图像载受体接触，该旋转管被施加预定电荷偏置；轴芯部件，其贯穿旋转管；以及弹性体，其围绕轴芯部件设置，用于使旋转管紧贴图像载受体。其中，满足下列关系式Rz/Sm≤1×10-2式中，旋转管的表面粗糙度为Rz(μm)，凹凸的平均间隔为Sm(μm)。
附图的简要说明
图1是示出使用根据本发明的充电装置的全色激光束打印机的配置的示意图。
图2是示出本发明所适用的充电装置的剖面视图。
图3是示出在充电装置、光电导磁鼓以及齿轮驱动器这三者之间关系的图。
优选实施例的详细说明以下将参照附图，对根据本发明的充电装置以及使用该充电装置的成像装置进行论述。
图1示出包括根据本发明的充电装置的全色激光束打印机。在图1中，箭头表示旋转部件的旋转方向。
如图1所示，全色打印机包括一个主要部分，该主要部分的组成如下成像单元1、2、3和4，它们具有青色(C)、品红色(M)、黄色(M)和黑色(K)用的各光电导磁鼓(图像载受体)11、12、13和14；充电装置21、22、23和24，用于与光电导磁鼓11、12、13和14接触以进行初级充电；激光光学单元(曝光单元)，用于发射青色(C)、品红色(M)、黄色(M)和黑色(K)的各色激光31、32、33和34；显影单元41、42、43和44；第一初级中间转印磁鼓(中间转印体)51，用于与上述4个光电导磁鼓11、12、13和14中的两个光电导磁鼓11和12接触；第二初级中间转印磁鼓(中间转印体)52，用于与其他两个光电导磁鼓13和14接触；次级中间转印磁鼓(中间转印体)53，用于与上述第一和第二初级中间转印磁鼓51和52接触；以及最终转印辊(转印部件)60，用于与该次级中间转印磁鼓53接触。
光电导磁鼓11、12、13和14按恒定间隔设置以便具有公共接触平面M。第一初级中间转印磁鼓51和第二初级中间转印磁鼓52按如下方式设置，即其旋转轴与光电导磁鼓11、12、13和14的轴平行，并且相对于作为边界的预定对称平面相互保持平面对称关系。并且，次级中间转印磁鼓53按如下方式设置，即其旋转轴与光电导磁鼓11、12、13和14的轴平行。
与各色的图像信息相对应的信号由图像处理单元(未示出)光栅化，并被输入到激光光学单元。该激光光学单元对青色(C)、品红色(M)、黄色(M)和黑色(K)的各色激光31、32、33和34进行调制，并把所调制的激光施加给相应颜色的光电导磁鼓11、12、13和14。
在上述光电导磁鼓11、12、13和14的周围，通过采用已知的电子照相工艺执行各色的成像过程。首先，采用直径20mm的OPC光电导体的光电导磁鼓被用作光电导磁鼓11、12、13和14，并且这些光电导磁鼓11、12、13和14按照95mm/秒(V1)的转速旋转。如图1所示，通过向充电装置21、22、23和24施加约-800V的直流电压，可在例如约-300V电压对上述光电导磁鼓11、12、13和14的表面进行均匀充电。在本实施例中，只有直流分量被涂敷于充电装置，但是交流分量也可叠加在直流分量上。
激光光学单元作为曝光单元，把与青色(C)、品红色(M)、黄色(M)和黑色(K)各色相对应的激光31、32、33和34施加到具备均匀表面电位的光电导磁鼓11、12、13和14的表面，从而形成与各色的输入图像信息相对应的静电潜像。激光光学单元写入静电潜像，从而使光电导磁鼓11、12、13和14上的图像曝光部分的表面电位被消除到约-60V或以下。
在上述光电导磁鼓11、12、13和14的表面上形成的与青色(C)、品红色(M)、黄色(M)和黑色(K)各色相对应的静电潜像由对应颜色的显影单元41、42、43和44进行显影，并且可在光电导磁鼓11、12、13和14上显示为青色(C)、品红色(M)、黄色(M)和黑色(K)的各色调色剂图像。在本实施例中，显影单元41、42、43和44采用一种双成分显影系统，并且填充有显影剂，各显影剂均由青色(C)、品红色(M)、黄色(M)和黑色(K)的调色剂和载体组成。当由调色剂补给单元(未示出)向各显影单元41、42、43和44提供调色剂时，所提供的调色剂在搅拌器(Auger)404内与载体进行充分搅拌，并进行摩擦充电。包括按预定角度设置的多个磁极的磁辊(未示出)被牢固地设置在显影辊401内。桨叶(Paddle)403用于把显影剂输送到显影辊401。当桨叶403把显影剂输送到显影辊401的表面附近时，由显影剂量调整部件402按照向显影部分输送的显影剂量对该显影剂进行调整。在本实施例中，上述显影剂量为30～50g/m2，同时，存在于显影辊401上的调色剂的充电量约为-20～-35μC/g。
被提供到显影辊401上的调色剂类似于一个磁刷，该磁刷通过磁辊的磁力由载体和调色剂组成，并且该磁刷与光电导磁鼓11、12、13和14接触。向显影辊401施加交流+直流(AC+DC)的显影偏压，以使在光电导磁鼓11、12、13和14上形成的静电潜像在显影辊401上的调色剂中显影，从而形成调色剂图像。在本实施例中，显影偏压由4kHz的交流、1.5kVpp和约-230V的直流组成。
作为调色剂，使用的是形状略象球形的所谓的“球形调色剂”，其平均粒径约为3～10μm。“球形调色剂”如下所述例如，对使用由日立制作所(HitachiSeisakusho)制造的扫描型电子显微镜FE-SEM(S＝800)按照倍率为500倍放大的100个调色剂图像进行随机抽样，然后将其图像信息通过接口导入例如由Nikore公司制造的图像分析器内进行分析，并且被定义为一个根据下列表达式计算求出的数值的形状系数值MLS2是一个100～140的值。采用正常的揉搓粉碎法(Kneading Crushing Method)制造的调色剂的形状为不定形，并且MLS2约为140～160。
MLS2＝{(调色剂粒子的绝对最大长度)×2}/{(调色剂粒子的投影面积)×π×1/4×100}这种球形调色剂与光电导磁鼓之间的脱离性良好，并且在下述的调色剂图像的初级转印方面，可提高转印效率。特别是，形状系数值在130或以下的调色剂对于实现所谓的针对光电导磁鼓不设清洁器的无清洁器结构来说是最佳的。
接下来，在上述光电导磁鼓11、12、13和14上形成的青色(C)、品红色(M)、黄色(Y)和黑色(K)的各色的调色剂图像以静电方式被初级转印到第一初级中间转印磁鼓51和第二初级中间转印磁鼓52上。在光电导磁鼓11和12上形成的青色(C)和品红色(M)的调色剂图像被转印到第一初级中间转印磁鼓51上，而在光电导磁鼓13和14上形成的黄色(Y)和黑色(K)的调色剂图像被转印到第二初级中间转印磁鼓52上。因此，从光电导磁鼓11或12转印的单色图像，以及通过使从光电导磁鼓11和12转印的双色调色剂图像叠加所形成的双色图像都形成在第一初级中间转印磁鼓51上。同样，来自光电导磁鼓13和14的单色图像和双色图像也形成在第二初级中间转印磁鼓52上。
用于以静电方式把来自光电导磁鼓11、12、13和14的调色剂图像转印到第一和第二初级中间转印磁鼓51和52上所需的表面电位约为+250～500V。最佳表面电位随着调色剂充电状态以及环境温度和湿度而变化。最好是，如果调色剂充电量在常温常湿环境下处于-20～-35μC/g的范围内，则第一和第二初级中间转印磁鼓51和52的表面电位约为+380V。第一和第二初级中间转印磁鼓51和52的外径均为42mm，电阻值均约为108Ω，而且铁(Fe)、铝(Al)等的金属管涂有导电硅橡胶等的低电阻弹性层(R＝102～103Ω)，以形成各初级中间转印磁鼓。并且，一种3～100μm厚的氟橡胶层作为高脱离层设置在低电阻弹性层的表面，并且用硅烷耦合剂系列的粘合剂(底剂)粘接。高脱离层的电阻值为R＝约105～109Ω。
然后，在第一和第二初级中间转印磁鼓51和52上形成的单色和双色的调色剂图像以静电方式被次级转印到次级中间转印磁鼓53上。因此，从单色图像到青色(C)、品红色(M)、黄色(Y)和黑色(K)的四重色图像的最终调色剂图像形成在次级中间转印磁鼓53上。
用于以静电方式把来自第一和第二初级中间转印磁鼓51和52的调色剂图像转印到次级中间转印磁鼓53上所需的表面电位约为+600～1200V。与初级转印时一样，最佳表面电位随着调色剂充电状态以及环境温度和湿度而变化。而且，对于转印来说必要的是在第一和第二初级中间转印磁鼓51和52与次级中间转印磁鼓53之间具有电位差，因而需要把次级中间转印磁鼓53的表面电位设置成一个与第一和第二初级中间转印磁鼓51和52的表面电位相对应的数值。当第一和第二初级中间转印磁鼓51和52的表面电位约为+380V时，如果如上所述调色剂充电量在常温常湿环境下处于-20～-35μC/g的范围内，则最好是次级中间转印磁鼓53的表面电位约为+880V，也就是说，在第一和第二初级中间转印磁鼓51和52与次级中间转印磁鼓53之间的电位差被设置成约为+500V。
在本实施例中使用的次级中间转印磁鼓53，其外径为42mm，与第一和第二初级中间转印磁鼓51和52的外径相同，并且电阻值约为1011Ω。而且铁(Fe)、铝(Al)等的金属管也涂有厚度约为0.1～10mm的导电硅橡胶等的低电阻弹性层(R＝102～103Ω)，以便象形成初级中间转印磁鼓一样，形成次级中间转印磁鼓53。并且，这种低电阻弹性层的表面涂有3～100μm厚的氟橡胶的高脱离层。在此，需要把次级中间转印磁鼓53的电阻值设置成比第一和第二初级中间转印磁鼓51和52的电阻值高；否则，次级中间转印磁鼓53便对第一和第二初级中间转印磁鼓5l和52进行充电，并且难以对第一和第二初级中间转印磁鼓5l和52的表面电位进行控制。
最后，在上述次级中间转印磁鼓53上形成的从单色图像到四重色图像的最终调色剂图像由最终转印辊60三级转印到途经输纸通道P的纸张上。该纸张经过供纸步骤(未示出)，并途经输纸辊90，然后被送到位于次级中间转印磁鼓53与最终转印辊60之间的咬入部位(Nip Part)。在该最终转印步骤后，在纸张上形成的最终调色剂图像由定影器(Fuser)70进行定影，到此一连串的成像过程完成。
接下来，图2示出设置成与光电导磁鼓11接触的充电装置21。该充电装置21设有圆筒形旋转管210，其与光电导磁鼓11接触并具有导电性；导电金属制成的轴芯部件211，其贯穿该旋转管210；以及导电弹性体212，其是为包覆轴芯部件211的周围而设置，以使旋转管210紧贴光电导磁鼓11。旋转管210的内圆周表面与弹性体212完全连成一体。本发明的弹性体包括海绵、橡胶等，并且更具体来说包括尿烷加成碳黑(Urethane Addition Carbon Black)。例如，该旋转管210通过将其边缘粘合可以是一个形成为管形的膜。如图2和图3所示，在轴芯部件211的一端设有齿轮驱动器300，并且电动机(未示出)的旋转驱动力可通过该齿轮驱动器300被传递到充电装置21。为了将旋转管210与光电导磁鼓11之间的接触压力保持在微弱水平，轴芯部件211设置在不会对光电导磁鼓11产生加力的恒定位置。因此，旋转管210相对于光电导磁鼓11的咬入宽度被设定为0.5～1.5mm，咬入量即旋转管210到光电导磁鼓11的间隙被设定为0.15mm，并且在长期使用中也保持该状态。向弹性体212施加偏压，因而在由旋转管210的圆周表面和光电导磁鼓11的圆周表面所形成的楔状微小间隙内发生放电，从而能够向光电导磁鼓11提供任何期望的表面电位。
调色剂临时保持部件215相对于光电导磁鼓11的旋转方向设置在充电装置21的上游，用于临时保持附着于光电导磁鼓11表面的调色剂。该调色剂临时保持部件215被实现为一个导电刷，通过施加偏压，从光电导磁鼓11的表面临时收集在各转印部分中被极性反转的调色剂，并且保持该调色剂直到(下述)清洁模式开始。也就是说，调色剂在显影单元41内进行负极充电，并且在各转印步骤中，调色剂图像朝较高电位的方向转印。然而，当调色剂图像反复途经各转印步骤中的转印部分时，由于帕申(Paschen)放电或电荷注入，某些负极充电的调色剂可能反转到相反极性即正极，并且被充电。这种极性反转的调色剂不被转印到下一步骤，而是流回到上游。最后，该调色剂被转印到光电导磁鼓11，从而附着于充电装置21上。上述调色剂临时保持部件215的设置目的是为了在充电装置21前捕获这种极性反转的调色剂，以及防止该调色剂附着于充电装置21上。因此，当形成调色剂图像时，比光电导磁鼓11的表面电位-300V低的电位-400V被涂敷于调色剂临时保持部件215。调色剂临时保持部件215配置成使刷子毛按照与光电导磁鼓11的移动方向相同的方向揩擦光电导磁鼓11，以防止光电导磁鼓11受损。咬入量即刷子的外径到光电导磁鼓11的间隙被设定得极小，为0.65mm或以下。
以上对为光电导磁鼓11而设置的充电装置21和调色剂临时保持部件215进行了说明，并且也为其他光电导磁鼓12、13和14设置了结构与充电装置21相同的充电装置22、23和24，以及结构与调色剂临时保持部件215相同的调色剂临时保持部件(未示出)。
另一方面，本实施例的打印机不设有用于在调色剂图像的初级转印之后对光电导磁鼓11、12、13和14的表面进行清洁的清洁器，也就是说，该打印机采用了所谓的无清洁器结构。尽管通过采用球形调色剂等提高了调色剂的初级转印效率，然而该初级转印效率也会受到温度、湿度等环境变化的影响，因而难以始终实现100％转印效率。因此，未被转印到初级中间转印磁鼓51和52的剩余调色剂仍附着于光电导磁鼓11、12、13和14上，并且移动到位于光电导磁鼓11、12、13和14与充电装置21、22、23和24之间的接触部位，并少量附着于充电装置21、22、23和24的表面。
然后，本实施例的打印机在打印操作前和打印操作后，根据在连续打印时的各预定纸张数，按照预定时间执行下列清洁操作，以防止调色剂附着于充电装置21、22、23和24上，并从调色剂临时保持部件215收集极性反转的调色剂。
在清洁操作中，首先，把具有电位梯度的电压依次涂敷于充电装置21、22、23和24；调色剂临时保持部件215；光电导磁鼓11、12、13和14；第一和第二初级中间转印磁鼓51和52；次级中间转印磁鼓53；以及最终转印辊60，以使最终转印辊60成为最高的负电位，从而使在打印操作过程中被收集和保持在调色剂临时保持部件215内的极性相反的正极充电的调色剂被依次转印到最终转印辊60上，并由设置成与最终转印辊60接触的清洁单元80收集。因此，当该清洁操作开始时，被临时保持在调色剂临时保持部件215内的正极充电的调色剂被喷出到光电导磁鼓11、12、13和14上，并且调色剂临时保持部件215被恢复到清洁状态。
当对正极充电的调色剂进行的清洁终止时，与在调色剂成像时相同的电位被提供给充电装置21、22、23和24；调色剂临时保持部件215；光电导磁鼓11、12、13和14；第一和第二初级中间转印磁鼓51和52；次级中间转印磁鼓53；以及最终转印辊60，以便对附着于充电装置21、22、23和24以及光电导磁鼓11、12、13和14上的负极充电的调色剂进行清洁。也就是说，提供了与在成像时相同的电位，因而，极性未反转的负极充电的调色剂按照与正常调色剂图像转印方式类似的方式被转印到第一和第二初级中间转印磁鼓51和52以及次级中间转印磁鼓53，并到达最终转印辊60，然后由清洁单元80收集。
该清洁操作被定期执行，因而无论调色剂的极性如何，附着于光电导磁鼓11、12、13和14以及充电装置21、22、23和24上的调色剂由清洁单元80收集，以便清洁光电导磁鼓11、12、13和14以及充电装置21、22、23和24。
然而，即使该清洁操作被定期执行，但是未被转印到初级中间转印磁鼓51和52的剩余调色剂还是有少量在调色剂图像形成操作过程中来到位于光电导磁鼓11、12、13和14与充电装置21、22、23和24之间的接触部位。在该清洁操作过程中，从调色剂临时保持部件215被喷出到光电导磁鼓11、12、13和14的正极充电的调色剂也途经光电导磁鼓11、12、13和14与充电装置21、22、23和24之间的接触部位，并且被转印到初级中间转印磁鼓51和52。如果调色剂附着于充电装置21、22、23和24上，则在光电导磁鼓11、12、13和14上出现充电不均匀，从而发生图像失落或密度不一致等的图像质量缺陷。即使调色剂没有附着于充电装置21、22、23和24上，如果在位于充电装置21、22、23和24与光电导磁鼓11、12、13和14之间的接触部位压碎调色剂，则该调色剂便固着于充电装置21、22、23和24以及光电导磁鼓11、12、13和14上，从而使成膜现象发生，并且在光电导磁鼓11、12、13和14上仍然出现充电不均匀，因而使所形成的调色剂图像的图像质量下降。
于是，在本实施例的打印机中，将对形成充电装置21(22、23和24)一部分的旋转管210的构成以及对包覆有旋转管210的弹性体212的构成做以下设定。
首先，对于上述旋转管210，使用表面能量少的物质，以防止调色剂以及其内添加的外部添加剂发生附着。具体来说，导电材料被分散在PVdF(聚偏二氟乙烯)内(水的接触角θ约90度)，以便把表面电阻调整到106Ω/□，并且形成类似于厚45μm的薄膜状的膜，以供使用。此外，导电材料可被分散在聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺(Polyetherimide)、弹性体PVdF、聚酯、聚碳酸酯、聚烯烃、PEN、PEK、PES、PPS、PFA、ETFE、CTFE等内，并且可形成类似于厚45μm的薄膜状的膜，以供使用。
为防止成膜现象发生，有必要极力防止调色剂和载体等异物附着于旋转管210上。因此，在本实施例的打印机中，除了上述使用表面能量少的物质来形成旋转管210以外，还要设定旋转管210的圆周速度V2，以使其略高于光电导磁鼓的圆周速度V1，从而极力防止调色剂和载体从光电导磁鼓11、12、13和14被转移到旋转管210上。以下给出的表1列出了当更改V2与V1的速度比(V2/V1)时，在光电导磁鼓上发生成膜的状态，以及对实际形成在记录纸上的各记录图像的质量进行评估的结果。作为实验条件，在温度为10℃和湿度为15％RH的环境下，在上述打印机上连续打印2000张记录纸，以便在各记录纸上形成图像覆盖率为90％的带状固态图像。为了准确查明一个现象的发生以及摸索高度可靠的结构和构成，该条件与上述打印机通常使用的条件相比极其苛刻。
在实验结果中，当速度比为0.987、1.00或1.01时，斑点以恒定间隔形成在各记录纸上实际形成的带状固态图像上，并且斑点形成间隔与旋转管210的圆周长度相匹配，因此可以推断，每当附着于旋转管210表面的调色剂和载体与光电导磁鼓接触时，就将在光电导磁鼓上出现充电不均匀。然而，当速度比为1.01时，斑点仍然以恒定间隔形成，但是最初频率与速度比0.987％或1.00相比有所降低，并且可以观察到改善的趋势。
当速度比为1.03％或以上时，如果斑点出现在带状固态图像内，则该斑点并不是以恒定间隔反复形成；只有一个斑点出现并立即被消除。该事实表明，如果速度比为1.03或以上，则可持续防止调色剂和载体附着于旋转管210上，而且还可尽可能地防止光电导磁鼓出现充电不良以及光电导磁鼓上出现充电不均匀。
另一方面，当速度比为1.10时，部分雾(图像模糊)开始出现在光电导磁鼓的表面，并且可以推断，调色剂开始固着于光电导磁鼓的表面，因为较大的剪应力随着速度比的变大将作用于位于光电导磁鼓和旋转管之间的调色剂上。当速度比为1.10时，开始发生轻微的成膜现象，但是在记录纸上形成的带状固态图像不涉及任何问题；然而，当速度比超过1.11时，在光电导磁鼓的整个表面上观察到条纹状成膜现象，并且在实际形成的带状固态图像内还识别出密度不一致。因此，从防止成膜现象发生的观点看，有必要把速度比抑制到1.10或以下。
也就是说，从防止调色剂和载体附着于充电装置21的旋转管210上的观点看，需要使旋转管210的圆周速度V2与光电导磁鼓的圆周速度V1之间的速度比(V2/V1)大于1.01(＞1.01)，并且从在光电导磁鼓上防止成膜现象发生的观点看，需要使该速度比(V2/V1)为1.10或以下(≤1.10)。当实际上该速度比被设定为1.03和1.05并且重复打印时，在这两种情况下打印约20000张纸，也可提供图像质量良好的调色剂图像。
从减少作用于位于充电装置21(22、23和24)和光电导磁鼓11(12、13和14)之间的调色剂上的剪应力以防止成膜现象发生这一观点看，最好是将诸如硅油等的表面能量低的物质涂敷于充电装置21、22、23和24的表面，以降低旋转管210的表面摩擦系数。当实际上将硅油涂敷于按上述速度比设定的旋转管210的表面并且使用充电装置21、22、23和24来形成调色剂图像时，尽管重复打印超过20000张并达到约30000张，但仍未识别出成膜现象的发生。
可将表面能量低的物质定期涂敷于充电装置21、22、23和24的表面；然而，考虑到维护的复杂性，最好是在最初产品组装时涂敷该物质，并且长期维护覆膜。胺改性硅油在当涂敷于树脂薄膜等有机物质时，可提供良好的薄膜可维护性。因此，在产品组装时涂敷胺改性硅油，从而可长期抑制旋转管210的表面摩擦系数，以防止成膜现象发生。
将约1wt％的二氧化硅(SiO2)作为外部添加剂添加到调色剂内，以调整摩擦充电量和流动性。如果将二甲基硅油添加到该外部添加剂的表面作为对外部添加剂进行的疏水性处理，则当静电潜像被显影时，附着于光电导磁鼓11、12、13和14上的外部添加剂与调色剂一起也附着于充电装置21、22、23和24的表面，因而可始终将上述的二甲基硅油提供给充电装置21、22、23和24的表面，即旋转管210的表面。因此，可持续防止调色剂附着于充电装置21、22、23和24上以及成膜现象发生，而无需任何维护。
为尽可能防止调色剂、载体、外部添加剂等异物被实际捕获在旋转管210的表面内，对旋转管210的表面进行加工，以使在测定旋转管210的表面粗糙度时的10点平均粗糙度Rz(μm)与凹凸的平均间隔Sm(μm)之间的关系Rz/Sm为1×10-2或以下(Rz和Sm都由日本工业标准规定)。旋转管210本身通过挤压形成管状，以使旋转管210的表面变成连续平滑表面，并且该旋转管设置在弹性体212的上面，但是挤压成形的薄膜的Rz为2μm或以上，并且Sm也为50μm左右。因此，如果直接使用挤压成形的薄膜，则上述值无法实现。
于是，本发明者们对挤压成形的旋转管210的表面进行湿式研磨，以提高旋转管210的表面光洁度。为了研磨旋转管210的表面，使管状成形的薄膜在圆周方向上旋转，同时使包含分散的研磨剂的稀浆能够流动，并且使无纺布紧贴薄膜表面。此外，还可将管状成形的薄膜围闭在内圆周表面经过电镀的模具内，并且该模具被加热，从而使该薄膜表面软化，并由此按照上述电镀表面将该薄膜表面精加工为平滑表面。
本发明者们通过改变研磨度，建立了四个有不同Rz和Sm数值的管状旋转管试样，并且当实际使用各试样作为充电装置21时，对容易发生成膜现象这一情况进行了评估。下面给出的表2列出了通过测定各试样所获得的Rz/Sm值以及当时成膜现象的发生状态。
根据该结果，当Rz/Sm大于1×10-2时，不仅观察到在打印约1000张时发生成膜现象，而且观察到调色剂固着于充电装置21、22、23和24以及光电导磁鼓11、12、13和14上，并且还识别出调色剂图像在早期出现图像质量下降这一问题。另一方面，当Rz/Sm等于或小于1×10-2时，尽管重复打印到约20000张，也未识别出成膜现象的发生。
相比之下，如果旋转管210的表面被研磨，则薄膜表面的摩擦系数略大于在薄膜表面被研磨前的摩擦系数。因此，从减少作用于位于充电装置21、22、23和24与光电导磁鼓11、12、13和14之间的调色剂上的剪应力以防止成膜现象发生这一观点看，最好是将硅油等的表面能量低的物质涂敷于充电装置21、22、23和24的表面，以降低旋转管210的表面摩擦系数。当实际上将硅油涂敷于上述试样3和4的各自旋转管210的表面并且使用充电装置21、22、23和24来形成调色剂图像时，尽管重复打印超过20000张并达到约30000张，但仍未识别出成膜现象的发生。
可将表面能量低的物质定期涂敷于充电装置21、22、23和24的表面；然而，考虑到维护的复杂性，最好是在最初产品组装时涂敷该物质，并且长期维护覆膜。胺改性硅油在当涂敷于树脂薄膜等有机物质时，可提供良好的薄膜可维护性。因此，在产品组装时涂敷胺改性硅油，从而可长期抑制旋转管210的表面摩擦系数，以防止成膜现象发生。
将约1wt％的二氧化硅(SiO2)作为外部添加剂添加到调色剂内，以调整摩擦充电量和流动性。如果将二甲基硅油添加到该外部添加剂的表面作为对外部添加剂进行的疏水性处理，则当静电潜像被显影时，附着于光电导磁鼓11、12、13和14上的外部添加剂与调色剂一起也附着于充电装置21、22、23和24的表面，因而可始终将上述的二甲基硅油提供给充电装置21、22、23和24的表面，即旋转管210的表面。因此，可持续防止调色剂附着于充电装置21、22、23和24上以及成膜现象发生，而无需任何维护。
另一方面，成膜现象的发生与作用于调色剂上的剪应力的大小密切相关，因而极其重要的是减少充电装置21、22、23和24对光电导磁鼓11、12、13和14的接触压力，以防止成膜现象发生。因此，在根据本实施例的充电装置21、22、23和24中，使用硬度在Asker-F刻度上为50°或以下的物质作为弹性体212，用于使旋转管210紧贴光电导磁鼓11、12、13和14。具体来说，使用硬度在Asker-F刻度上为30°的泡沫聚酯。凡是具有导电性的物质都可用作弹性体212；通过调整各小孔(Cell)的尺寸以及小孔的数量，泡沫能够容易地实现上述硬度。
顺便提一下，硬度是采用由KOBUNSHI KEIKI公司制造的硬度测试机按照Asker-F刻度进行测定。
为了检查弹性体212的硬度对成膜现象发生所产生的影响，本发明者们通过把弹性体212的硬度改为各种值，对光电导磁鼓上的成膜现象发生状态以及对当时所形成的各色图像的图像质量都进行了评估。作为实验条件，在温度为10℃和湿度为15％RH的环境下，在上述打印机上连续打印2000张记录纸，以便在各记录纸上形成图像覆盖率为90％的带状固态图像。为了准确查明一个现象的发生以及摸索高度可靠的结构和构成，该条件与上述打印机通常使用的条件相比极其苛刻。旋转管的膜厚被固定为45μm，并且弹性层的硬度被改为Asker-F刻度上的五种类别，即90°、70°、50°、40°和30°，以便进行实验。以下给出的表3列出了该实验结果。[表3]成膜现象评估结果实验条件在10℃和15％RH时连续打印2000张/固态带固定图案(应力条件)
从该结果可以看出，如果弹性体212的硬度在Asker-F刻度上为50度或以下，则由于调色剂的固着而在光电导磁鼓上出现部分薄雾，并且所形成的彩色图像的图像质量不涉及任何问题。如果硬度在Asker-F刻度上为40度或以下，则在光电导磁鼓上识别不出成膜现象，并且光电导磁鼓的表面可保持在良好状态。根据该结果，最好是弹性体212的硬度在Asker-F刻度上为50度或以下，并且从完全排除成膜现象的观点看，最好是硬度为40度或以下。
该弹性体212的硬度极软，为了使用泡沫作为弹性体212来实现上述硬度，有必要将泡沫内的各小孔设定得较大。因此，如果旋转管210的厚度极其薄，则在旋转管210的表面上出现与现有的小孔位置相对应的凹凸，并且即使按照以上所述提高薄膜表面的平滑性，也无济于事。
于是，为了检查旋转管的厚度对成膜现象发生所产生的影响，本发明者们通过把旋转管的厚度改为各种值，对光电导磁鼓上的成膜现象发生状态以及对当时所形成的各色图像的图像质量都进行了评估。该实验条件与上述弹性部件的硬度实验的条件相同。该弹性部件的硬度在Asker-F刻度上被固定为40°，并且旋转管的厚度被改为五种类别，即35μm、45μm、55μm、100μm和150μm，以便进行实验。以上给出的表3还列出了该实验结果。
从该结果可以看出，当旋转管210的厚度为35μm时，在光电导磁鼓的表面识别出条纹状成膜现象，并且在所形成的记录图像内还出现密度不一致。而且还识别出点状图像质量缺陷，并且旋转管因咬入部位内有异物而变形，同时可以预见，光电导磁鼓可能是由于该变形而发生充电不良。另一方面，当旋转管210的厚度达到150μm时，在光电导磁鼓的表面仍识别出条纹状成膜现象，并且在所形成的记录图像内还出现密度不一致。而且，光电导磁鼓的充电均匀性也受到损害，而且在记录图像内出现密度不一致，而密度不一致很可能是由于光电导磁鼓的充电不均匀所致。该结果表明，旋转管210厚度的正确值涉及到上限和下限，并且如果膜厚在45μm～100μm范围内，则可形成良好记录图像，同时又抑制了成膜现象的发生。
因此，与光电导磁鼓11、12、13和14接触的旋转管210的表面状态受到合适控制，从而尽可能地减少了调色剂在充电装置21、22、23和24上的附着以及成膜现象的发生。
图1所示的全色打印机采用了针对各色的光电导磁鼓不设清洁器的所谓的无清洁器结构。即使与上述实施例一样，针对光电导磁鼓设有清洁叶片或清洁刷之类的清洁器，根据本发明的充电装置也可有效防止成膜现象的发生。
如上所述，根据本发明的充电装置以及使用该充电装置的成像装置，由于充电装置的旋转管的圆周速度V2与图像载受体的圆周速度V1之间的速度比被设定为1.01＜(V2/V1)≤1.10，因而可尽可能地防止附着于图像载受体上的调色剂、载体等的异物被转移到充电装置，从而能够长期稳定地对图像载受体的表面进行充电。
并且，根据本发明的充电装置以及使用该充电装置的成像装置，当充电装置的旋转体的表面粗糙度为Rz并且凹凸的平均间隔为Sm时，如果Rz/Sm的值等于或小于1×10-2，则附着于图像载受体上的调色剂、载体等异物就很难被转移到充电装置，因而可防止调色剂的成膜现象发生在充电装置和图像载受体上，从而能够长期稳定地对图像载受体的表面进行充电。
权利要求
1.一种对图像载受体的表面进行均匀充电的充电装置，包括圆筒形旋转管，与其上形成有调色剂图像的图像载受体接触，该旋转管被施加预定电荷偏置；以及驱动部分，用于按照预定圆周速度驱动旋转管；其中，满足下列关系式1.01＜(V2/V1)≤1.10式中，V1是指图像载受体的圆周速度，V2是指所述旋转管的圆周速度。
2.如权利要求1所述的充电装置，进一步包括轴芯部件，其贯穿旋转管；以及弹性体，其围绕轴芯部件设置并与旋转管的内圆周表面相连，用于使旋转管紧贴图像载受体；其中，驱动部分通过轴芯部件和弹性体驱动旋转管。
3.一种成像装置，包括图像载受体；充电装置，用于对图像载受体的表面进行均匀充电；写入部分，用于在图像载受体的表面形成与图像信息相对应的静电潜像；显影机，用于通过调色剂使静电潜像显影；以及转印部分，用于把由显影机显影的调色剂图像从该图像载受体转印到另一图像载受体，其中，该充电装置包括圆筒形旋转管，与其上形成有调色剂图像的图像载受体接触，该旋转管被施加预定电荷偏置；以及驱动部分，用于按照预定圆周速度驱动旋转辊；并且满足下列关系式1.01＜(V2/V1)≤1.10式中，V1是指图像载受体的圆周速度，V2是指所述旋转管的圆周速度。
4.如权利要求3所述的成像装置，其中，充电装置还包括轴芯部件，其贯穿旋转管；以及弹性体，其围绕轴芯部件设置并与旋转管的内圆周表面相连，用于使旋转管紧贴图像载受体；以及驱动部分，其通过轴芯部件和弹性体驱动旋转管。
5.一种充电装置，在与其上形成有调色剂图像的图像载受体接触的同时进行旋转，该充电装置用于对图像载受体的表面进行均匀充电，该充电装置包括圆筒形旋转体，其与图像载受体接触，该旋转体被施加预定电荷偏置；以及轴芯部件，其贯穿旋转体，其中，满足下列关系式Rz/Sm≤1×10-2式中，旋转体的表面粗糙度为Rz(μm)，凹凸的平均间隔为Sm(μm)。
6.一种充电装置，在与其上形成有调色剂图像的图像载受体接触的同时进行旋转，该充电装置用于对图像载受体的表面进行均匀充电，该充电装置包括圆筒形旋转管，其与图像载受体接触，该旋转管被施加预定电荷偏置；轴芯部件，其贯穿旋转管；以及弹性体，其围绕轴芯部件设置，用于使旋转管紧贴图像载受体，其中，满足下列关系式Rz/Sm≤1×10-2式中，旋转管的表面粗糙度为Rz(μm)，凹凸的平均间隔为Sm(μm)。
7.如权利要求6所述的充电装置，其中，弹性体的硬度在Asker-F刻度上为50°或以下。
8.如权利要求7所述的充电装置，其中，旋转管与弹性体牢固连接；以及轴芯部件被驱动，以使旋转管旋转，该旋转管与图像载受体的表面之间具有圆周速度差。
9.如权利要求6所述的充电装置，其中，在旋转管的表面上涂敷有表面能量低的物质。
10.如权利要求9所述的充电装置，其中，表面能量低的物质是胺改性硅油；以及旋转管采用树脂材料构成。
11.一种成像装置，包括图像载受体；充电装置，用于对图像载受体的表面进行均匀充电；写入部分，用于在图像载受体的表面形成与图像信息相对应的静电潜像；显影机，用于通过调色剂使静电潜像显影；以及转印部分，用于把由显影机显影的调色剂图像从该图像载受体转印到另一图像载受体；其中，该充电装置在与其上形成有调色剂图像的图像载受体接触的同时进行旋转；该充电装置包括圆筒形旋转体，其与图像载受体接触，该旋转体被施加预定电荷偏置；以及轴芯部件，其贯穿旋转体；以及满足下列关系式Rz/Sm≤1×10-2式中，旋转体的表面粗糙度为Rz(μm)，凹凸的平均间隔为Sm(μm)。
12.如权利要求11所述的成像装置，其中，调色剂包括外部添加剂，该外部添加剂接受硅油处理；以及伴随静电潜像的显影而附着于图像载受体上的外部添加剂被允许随着图像载受体的旋转而到达充电装置。
全文摘要
本发明提供了一种充电装置,该充电装置包括:圆筒形旋转管,与其上形成有调色剂图像的图像载受体接触,该旋转管被施加预定电荷偏置;以及驱动装置,用于按照预定圆周速度驱动旋转管。该充电装置用于对图像载受体的表面进行均匀充电。当图像载受体的圆周速度为V1并且旋转管的圆周速度为V2时,满足下列关系式:1.01<(V2/V1)≤1.10。
文档编号G03G15/02GK1369748SQ0210288
公开日2002年9月18日 申请日期2002年1月29日 优先权日2001年2月2日
发明者大野茂雄, 山本隆一, 北河裕介, 山井和也, 归山忠士, 井出典孝, 高桥伦明, 三桥利彦, 広崎悟, 佐藤昌宏, 小泉弘光 申请人:富士全录股份有限公司