专利名称：充电装置及成像设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种充电装置，该充电装置有一个能与被充电的部件，如感光部件或电介质部件相接触的充电部件。该充电装置适用于诸如复印机或打印机之类的成象设备，并可用于上述成象设备中的可拆卸的处理暗盒。
作为电摄影成象设备中使用的充电装置，以由充电丝和屏蔽罩构成的电晕充电装置为主。但是，近年来出于环境保护的考虑，臭氧生成量极少的接触充电装置日益被广泛应用。目前，所使用的接触充电装置的充电部件是一个磁刷。
磁刷可增加被充电部件与充电部件之间的接触机会，因此，磁刷充电装置适用于电流穿过被充电的感光部件与充电部件之间的接触区而将电荷注入感光部件的注入式充电。
不过，如果磁性颗粒由四氧化三铁颗粒构成，则与电阻特性相关的电压将引起下述问题。
虽然当四氧化三铁磁性颗粒的磁刷的电阻值不小于1×104ohm时，施加100V直流电压不会引起漏电流；但在施加电压(例如-700V)进行充电时，由于磁刷电阻较低，会在感光部件的针孔处引起漏电流，致使在图象上产生以充电曲线脊部的形式沿纵向伸展的横线。
另一方面，尽管当磁性颗粒的电阻不大于1×107ohm时，施加100V电压不会引起充电不足；但在实际充电过程中，磁刷电阻值的变化会造成充电不足。
本发明的主要目的是提供一种可改善充电均匀性、可避免穿透被充电部件表面针孔漏电的充电装置和成象设备。
本发明的另一个目的是提供一种可改善充电功率的充电装置和成象设备。
本发明的上述及其它目的、特点和优点，通过下面结合附图的说明将变得很清楚。
图1是实施例1的成象设备的示意图。
图2表示实施例1的感光部件的纵剖面放大视图以及注入充电原理。
图3是施加电压相对磁性颗粒电阻值的函数图。
图4表示磁性颗粒电阻测量方法。
图5是磁刷旋转频率相对充电雾的函数图。
图6是实施例2的成象设备的示意图。
图7是充电时间相对感光部件电势的函数图。
下文将参照附图描述本发明的实施例。
<实施例1>
图1表示一个带有本发明实施例的充电装置的成象设备中的电照相型激光打印机，该激光打印机的结构以及操作将简述如下。
该成象设备包括一个用作影象载体的鼓型电照相感光部件(感光部件)1。感光部件1是直径30mm的OPC感光部件，它沿箭头R1的方向、以100mm/sec.的工作速度(圆周速度)旋转。
感光部件1与用作接触充电部件的导电磁刷相接触。导电磁刷2有一个固定的磁辊22，磁辊22外面套一个可转动的非磁性充电筒21，磁辊22的磁力使磁性颗粒23附着在非磁性充电筒21上。充电偏压源S1给充电部件2施加一个-700V的直流充电偏压，使感光部件1的表面电势被均匀充电至约-700V。
然后，用由具有所需图象信息的时间顺序电子数字象素信号所调制的激光束对感光部件1的充电表面1a曝光并扫描，从而在充电表面1a上形成静电潜象。该激光束是由一个未示出的具有激光二极管、多边形反射镜或类似结构件的激光扫描器发出的。通过施加磁性单组分绝缘调色剂，使上述静电潜象显影为调色剂图象。显影装置3，有一个直径为16mm的非磁性显影筒3a，显影筒3a内含有一个磁铁3b。负调色剂施加在显影筒3a上。显影筒3a以与感光部件1相同的圆周速度旋转，同时显影筒3a与感光部件1之间的间隙固定保持为300μm。显影偏压源S2给显影筒3a加显影偏压。一个为在显影筒3a与感光部件1之间实现跳动显影的电压，由-500V的直流电压与频率为1800Hz、峰—峰电压为1600V的矩形交流电压合成。
另一方面，作为记录材料的转印材料P在预定时间从未示出的送料部位被送入压接触间隙(转印部位)T。压接触间隙(转印部位)T形成在感光部件1与转印辊4之间，转印辊(接触转印装置)4具有106-109Ohm的介质电阻，并以预定压力压触在感光部件1上。转印偏压源S3给转印辊4施加一预定转印偏压。
本实施例转印辊4的辊电阻值是5×108Ohm，加到转印辊4的直流电压是+2000V。
被引入转印部位T的转印材料P沿间隙前进，在压力和静电力的作用下，调色剂图象被转印到转印材料P上。
随后，带有转印的调色剂图象的转印材料P从感光鼓表面分离出来，并被引入热定影型的定影装置5中。在定影装置5处，调色剂图象被定影在转印材料P上。最后，转印材料P被送出打印机或复印机。
另一方面，在将调色剂图象从感光部件1转印之后，用清洁装置6对感光部件1进行清洁，以便把残余调色剂或附着的杂质从感光部件1上去除，从而为下一次的成象操作作好准备。
本实施例的成象设备是处理暗盒型的成象设备。即，一个包含感光部件1、接触充电部件2，显影装置3和清洁装置6等四种处理装置的处理暗盒20可整体地可拆卸地安装到成象设备的主体上。不过，本发明也适用于非处理暗盒型的成象设备。
下面结合图2描述感光部件1。
感光部件1具有负充电特性，并有一个直径为30mm的铝质导电基体14，在基体14上、自底而上地设有第一至第五功能层。
敷在基体14上的第一层是导电底层，用以使有瑕疵的铝鼓基体面平滑，并清除可反射激光器曝光束的波纹。
第二层是正电荷注入层，其作用是防止从铝鼓基体注入的正电荷与施加在感光部件表面的负电荷中和。第二层是一个厚约1μm的中间电阻层。其电阻可用AMILAN(日本Toray KabushikiKaisha出品，商品名称是聚酰胺树脂材料)树脂材料和甲氧基甲基尼龙调节。
第三层是由弥散于树脂材料中的二重氮颜料构成的厚约0.3μm的电荷发生层，当该层被激光曝光束照射时会产生一对正负电荷。
第四层是由弥散于聚碳酸酯树脂中的腙构成的P型半导体的电荷转移层，因此，位于感光部件表面上的负电荷不能穿越该层，该层只允许电荷发生层产生的正电荷转移到感光部件表面。
第五层是一个作为表面电荷注入层的电荷注入层，也是一个弥散于光固化丙烯酸树脂中的超细颗粒SnO2(二氧化锡)的涂层。更具体地说，将搀有锑而降低了电阻的颗粒尺寸约0.03μm的SnO2颗粒、以70wt％的的量弥散在树脂材料中。然后，将制成的涂覆液用浸渍法制成厚约2μm的电荷注入层。这样，感光部件表面的体积电阻就从仅有电荷转移层时的1×1015Ohm.cm下降为1×1012Ohm.cm，电荷注入层的体积电阻最好是1×109～1×1015Ohm.cm，测量体积电阻时使用接有100V电压的片状试件，测量仪器是与16008A型电阻器连接的、由YHP出口的4329A型高阻抗仪。
参照图2描述充电装置。
图2中的数字2表示一个与感光部件1接触的用作接触充电部件的导电磁刷，该磁刷包括一个外径为16mm的非磁性导电充电筒21、一个位于充电筒21内的磁辊22和附着在充电筒21表面的磁性颗粒23。磁辊22是固定的，而充电筒21是可旋转的。磁铁给充电筒21表面提供的磁通密度为800×10-4T(泰斯拉)。施加在充电筒21上厚1mm、宽220mm的磁性颗粒23与感光部件1上宽约5mm的表面形成充电间隙。光电偏压源S1给筒21增加-700V直流偏压，使得感光部件1的表面1a被均匀充电至-700V。
图5表示充电筒21的旋转频率与充电产生的影象雾之间的关系，在反转显影中，该影象雾反映充电功率。当电荷不能充分注入感光部件时，影象雾随充电不足的增长而增加，而电荷均匀注入时，影象雾减少。横座标上的旋转频率正值表示与感光部件1的旋转(在接触区的圆周运动)方向相同，旋转频率负值表示与感光部件1的旋转方向相反。可见，通过控制旋转方向可降低影象雾。旋转方向相反时，由于已离开充电间隙的磁性颗粒23从绕充电筒21一周期间的充完电的状态被放电，而后被释放电的磁性颗粒23与感光部件接触，因此，可实现良好的充电特性。然而，当旋转方向一致时，与感光部件1表面接触的磁粉粒不断堆积在感光部件1的表面，以致使过充电的磁颗粒23与感光部件1上接近充电间隙出口处接触，因此不能获得如旋转方向相反时的良好充电特性。
为了得到充分消除影象雾的充电特性，在旋转方向相同时，旋转频率最好不小于294rpm(圆周速度200m/sec)；而在旋转方向相反时，充电筒21以低速旋转就可满要求。在图5中的Orpm这个旋转频率的特殊点处，磁刷处于静止，充电特性因过充电而变差。
因此，当充电筒21的旋转速度不变时，充电筒21的旋转与感光部件表面运动方向相反时能得到比它们的旋转方向一致时更低影象雾的充电特性。
下面将说明接触充电部件2给感光部件1充电的原理。
注入充电方式是用具有中间电阻的接触充电部件2，将电荷注入具有一中间表面电阻的感光部件表面。本实施例的注入充电方式不是把电荷注入感光部件表面材料的陷阱电势中，而是电荷注入层的导电颗粒被充电。
更具体地说，如图2所示，接触充电部件2对由作为介质件的电荷转移层11、铝基体14以及位于电荷注入层13中用作电极板的导电颗粒12共同构成的微电容器充电。导电颗粒12彼此电隔离而构成微小的浮动电极。粗看起来，感光部件表面似乎被均匀地充电或放电，但实际上，大量被充电的SnO2微粒覆盖在感光部件表面。因此，当曝光时，由于SnO2颗粒彼此电隔离而使静电潜象能保持不变。
下面所述是构成磁刷22的磁性颗粒23的一个实例将树脂材料与例如四氧化三铁的磁粉揉搓混合成颗粒，或进一步与导电碳或类似物混合以便控制电阻值；烧结四氧化三铁或铁氧体，或进行脱氧或氧化烧结、以便控制电阻值。
上述涂覆了电阻调节涂料(例如，弥散于酚醛树脂中的碳)或镀有金属的磁性颗粒可将电阻值调节到适当的数值。
如果磁性颗粒23的电阻值过高，电荷就不能均匀地注入感光部件1中，所产生的微充电不足会造成影象雾。反之，若磁性颗粒23的电阻值过低，当感光部件有针孔时，电流就会集中流入针孔而引起电压下降，从而使感光部件表面不能被充电。如果这情况发生，充电不足将以充电间隙的形状显现在图象中。通常，用一或两种电压(1～100V)测量磁性颗粒23的电阻值，不过，磁性颗粒23的电阻值的变化取决于图3曲线中所施加的电压。
针孔漏电取决于充电部件的电阻值。具体地说，当感光部件的针孔到达充电间隙区时，加在磁性颗粒上的电压与感光部件基层地之间的电压差被跨加在位于针孔区的磁性颗粒上。因此，这时最好不要产生过电流。为此，在充电部件被施加最大电压Vmax(V)时，磁性颗粒的电阻值最好不小于1×104Ohm。若磁性颗粒的电阻值小于1×104Ohm，则Vmax(V)将引起漏电流。
另一方面，充电不足是由施加低电压时的电阻值确定的。在如图7所示的注入式充电中，从感光部件与充电部件之间的接触开始，随着接触时间的流逝，感光部件的电势(Vd)将接近施加到充电部件上的电压(Vdc)。具体地说，如果开始时感光部件电势为0V，即在时间t＝0时、Vd＝0而Vdc＝-700V，那么实际加到磁性颗粒上的电压(Vdc-Vd)等于-700V。这时，充电特性由加有700V的磁性颗粒的电阻确定。在随后的时间中(t＝t1)，Vd＝-500V，Vdc＝-700V；这样，实际加到磁颗粒上的电压是-200V。这时，加有-200V的磁性颗粒的电阻确定充电特性。可见，感光部件的电势(Vd)愈接近充电部件的施加电压(Vdc)，加在磁性颗粒上的电压就愈低。磁性颗粒的现有电阻确定充电特性。如果加1V电压时，磁性颗粒电阻大于1×107Ohm，则电荷不可能在预定期间内从磁性颗粒转移到感光部件，从而造成充电不足。鉴于此，磁颗粒的电阻最好不要大于1×107Ohm。在本例注入式充电中，处于低电压端的电阻值是一个重要的电阻值。在普通接触充电部件中，发生在小间隙中的放电给感光部件充电，因此感光部件电势与充电部件之间的电势差就需大于放电阈值，所以处在这样的低电压下的电阻值不成问题。
下面描述一些更具体的实例。
在上述成象设备的成象操作中涉及具有不同电阻的磁性颗粒A～D。图3给出了磁性颗粒A～D在不同电压时的电阻值，其结果如表1所示。关于充电特性，″G″表示刚刚通过充电间隙的感光部件表面的电势约为-700V。
表1试样 电阻 电阻Vd(Vd) 电流泄漏(1V)Ohm (700V)Ohm (V)A2×1051×103或更低 -700不好B8×1053×105-700 好C5×1073×106-650 好D5×1083×103-630不好试样A在700V时电阻较低，因此在针孔产生漏电流。当试样B被充电至700V时，无针孔泄漏电流，显示出良好的充电特性。试样C在1V时的电阻很高以致不能被充电至700V。试样D在1V时的电阻很高以致不能被充电至700V，同时在700V时的电阻又很低以致在针孔产生漏电流。
在本实施例中，在感光部件表面通过充电间隙后最好使该表面上的电势与加在充电部件上的电压基本相等。
由充电部件充电得到的感光部件的电势最好不低于所施加电压的94％。当施加电压为700V时，被充电表面的电势应不低于658V。
试样A是四氧化三铁；试样B是铜锌铁氧体；试样C是氧化铜锌铁氧体；试样D是被氧化的试样A的四氧化三铁。铁氧体(MO-Fe2O3)与四氧化三铁(FeO-Fe2O3)彼此结构相似。但是，绝大多数铁氧体材料具有很高的电阻，而四氧化三铁的电阻不高，电子可在Fe2+与F3+之间非常自由地转移，图中的A曲线表示四氧化三铁的电阻特性。此外，对于铁氧体材料，如果非Fe3+的金属离子的电离电势小于Fe2+的电离电势(30.651eV)(例如Al＝28.447，S口＝24.76eV)，则带Fe3+的电子产生转移，图3中A曲线表示此时的电阻特性。出于这一原因，如果铁氧体中除铁外处其它金属的第三电离电势大于铁的第三电离电势，则如在图3中B曲线所示的1～1000V电压下电阻特性1×104～1×107Ohm。这一电阻特性对改善充电特性以及防止鼓针孔的漏电流是有效的。
磁性颗粒23的电阻值用下述方式测量。如图4所示，磁性颗粒23被置于加有电压的金属盒7(底面积227mm2)中，然后以6.6kg/cm2的压力压紧磁性颗粒23、同时电压源S4对磁性颗粒加直流电压。数字9表示电极。
将具有图3中B曲线的电阻特性的铜锌铁氧体的磁性颗粒23构成的磁刷22用于成象设备时，既使感光部件1有针孔，也不会产生漏电流，并可在未发生充电不足的情况下获得良好的图象。
磁性颗粒23的材料不限于铜锌铁氧体，而如果树脂材料载体在1～1000V电压下的电阻值到达1×104～1×107Ohm也可使用，并能获得良好的图象。使用铁氧体时，材料不限于铜锌铁氧体。如上所述，由于二价金属离子的第三电离电势大于铁离子的第三电离电势，所以在1～1000V电压下电阻值可达到1×104～1×107Ohm。具体地说，除了铜和锌以外，还可用镍、锰、镁或类似金属。不过，出于制造稳定性和成本的考虑，铜锌铁氧体是最理想的材料。通过对磁性颗粒23的表面处理，可使其在1～1000V电压下的电阻值为1×104～1×107Ohm，从而达到减小电阻的目的。
<实施例2>
在这个实施例中，形成图象后而未被转移的调色剂暂时被充电区收集，并被显影区去除，因此不需要专用的清洁装置。本实施例适用于这样一种成象设备。用于本实施例的成像装置如图7所示。本实施例除了充电部件被施加了附加直流电压的交流电压以及不使用清洁装置以外，均与实施例1相同。
施加交流电压的目的是为使未转移的调色剂被收集入磁刷充电器，以及使调色剂电荷的极性一致(调色剂中相同颗粒间的摩擦或颗粒与感光部件间的摩擦造成电荷极性不一致)。施加交流电压后，从磁刷积放的残余调色剂易于被收集到显影区。
在本实施例中，加给充电部件的电压是-700V，交流分量的Vpp(峰—峰电压)为800V、频率为1KHz，交流分量矩形波的占空比为50％。
在交流电压附加直流电压的情况中，针孔漏电由加给充电部件的最大电压确定。在本实施例中，磁性颗粒在-1100V((-700)+(-400))电压时的电阻尤为重要。另一方面，充电特性由施加的直流电压与刚通过充电间隙的瞬间感光表面的平均电势之间的电压差确定。在本实施例中，应使直流电势充分充电，并注意在1V电压时的磁颗电阻值。与实施例1中的B相同，本实施例所用磁性颗粒的电阻值在1100V时是3×105Ohm、在1V时是8×105Ohm。因此，即使感光部件有针孔也不会有电流泄漏，同时，在感光部件表面经过充电间隙后的瞬时平均电势下的磁性颗粒电阻值是8×105Ohm。所以，本实施例可以提供令人满意的充电特性。
另外，当交流电压叠加在直流电压上时，如果磁性颗粒的电阻值在施加电压处于1V与最大值之间时等于1×104～1×107Ohm，则针孔不发生漏电流，充电特性良好。这样，即便成象设备中没有清洁装置仍然可获得优质的图象。
尽管前面已结合本文中的结构描述了本发明，但本发明并不限制上文所述的细节。本申请将覆盖本发明的改进目的或本发明权利要求范围之内的那些改型或变型。
权利要求
1.一种给被充电部件充电的充电装置，包括一个用电压对所述被充电部件充电的充电部件，所述的充电部件具有一个可与被充电部件接触的磁性颗粒的磁刷，和一个支撑磁颗粒的支撑部件；其中所述的磁性颗粒在被施加1～1000(V)电压时，磁性颗粒的电阻值是1×104～1×107(Ohm)。
2.一种如权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所说的颗粒由铁氧体构成，其中二价金属离子的第三电离电势大于铁离子的第三电离电势。
3.一种成象设备，包括一个影象载体；一个用电压对所述影象载体充电的充电部件，充电部件具有一个可与影象载体接触的磁性颗粒的磁刷，和一个支撑磁性颗粒的支撑部件；其中所述的磁性颗粒在被施加1～1000(V)的电压时，磁性颗粒的电阻是1×104～1×107(Ohm)。
4.一种如权利要求3所述的成象设备，其特征在于，所述的影象载体有一个电荷注入层，该电荷注入层与所述的磁性颗粒接触而被注入电荷。
5.一种如权利要求4所述的成象设备，其特征在于，所述电荷注入层的体电阻是1×109～1×1015Ohm.cm。
6.一种如权利要求3或4所述的成象设备，其特征在于，所述磁颗粒由铁氧体构成，磁性颗粒中的二价金属离子的第三电离电势大于铁离子的第三电离电势。
7.一种如权利要求3或4所述的成象设备，其特征在于，在所述磁性颗粒与所述影象载体彼此接触点处，它们的运动方向相反。
8.一种给被充电部件充电的充电装置，包括一个加有电压并可对所述被充电部件充电的充电部件，充电部件有一个可与被充电部件接触的磁性颗粒的磁刷，和一个支撑磁性颗粒的支撑部件；其中所述的磁性颗粒在施加1～Vmax(V)的电压时的电阻值是1×104～1×107(Ohm)，其中Vmax(V)是加在所述充电部件上的最大电压值。
9.一种如权利要求8所述的充电装置，其特征在于，所述的磁颗粒由铁氧体构成，铁氧体中二价金属离子的第三电离电势大于铁离子的第三电离电势。
10.一种成象设备，包括一个影象载体；一个加有电压并可给影象载体充电的充电部件，所述充电部件有一个可与所述影象载体接触的磁性颗粒的磁刷，和一个支撑该磁颗粒的支撑部件；其中所述磁性颗粒在被施加1～Vmax(V)的电压时的电阻值是1×104～1×107(Ohm)，其中Vmax(V)是施加到上述充电部件上的电压最大值。
11.一种如权利要求10所述的成象设备，其特征在于，所述的影象载体有一个电荷注入层，该电荷注入层与所述的磁性颗粒接触而被注入电荷。
12.一种如权利要求11所述的成象设备，其特征在于，所述电荷注入层具有的体电阻是1×109～1×1015Ohm.cm。
13.一种如权利要求10或11所述的成象设备，其特征在于，所述的磁性颗粒由铁氧体构成，磁性颗粒中二价金属离子的第三电离电势大于铁离子的第三电离电势。
14.一种如权利要求10或11所述的成象设备，其特征在于，在所述磁性颗粒与所述影象载体彼此接触点处，它们的运动方向相反。
全文摘要
一种给被充电部件充电的充电装置，包括一个加有电压并可给被充电部件充电的充电部件，该充电部件具有一个可与被充电部件接触的磁性颗粒的磁刷，及一个支撑该磁性颗粒的支撑部件；其中的磁性颗粒在被施加1～1000(V)电压时的电阻值是1×10
文档编号G03G9/08GK1148191SQ95116308
公开日1997年4月23日 申请日期1995年8月8日 优先权日1994年8月8日
发明者石山晴美, 矢野秀幸, 古屋正 申请人:佳能株式会社