(57)【要約】      （修正有）【課題】荷電対象部材に電荷を与えるバイアス型ロール荷電装置を提供する。【解決手段】（１）荷電対象部材の表面から間隔配置された導電ロール部材１４と、（２）単一極性の発振入力駆動電圧として導電ロール部材１４に印加すべく、ある選択された極性の成分が除去されるようクリップされた発振電圧信号を含む電気的バイアスを、フォトレセプタ部材（ドラム）１２に印加する高電圧電源２２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電対象部材に電荷を与える装置であって、
荷電対象部材の表面から間隔配置されたコンタクトロール部材と、
単一極性の発振入力駆動電圧としてコンタクトロール部材に印加すべく、ある選択された極性の成分が除去されるようクリップされた発振電圧信号を含む電気的バイアスを、コンタクトロール部材に印加する電気的バイアス印加手段と、
を備える装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置であって、
電気的バイアス印加手段が、
ＤＣオフセットＡＣ電圧信号を供給する高電圧電源と、
高電圧電源に接続されＤＣオフセットＡＣ電圧信号の正成分に係る電流を阻止するダイオード素子と、
ダイオード素子と接地点との間に接続されＤＣオフセットＡＣ電圧信号の正成分に係る電流を接地に流す抵抗素子と、
を有する装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置であって、
高電圧電源が、少なくとも１．６ｋＶの電圧を有しその周波数が４００〜３０００Ｈｚの範囲に属するＡＣ電圧信号に、−３５０〜−８００Ｖの範囲に属するＤＣオフセットを付加し、ＤＣオフセットＡＣ電圧信号として出力する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略、実質的に均一な荷電面を生成するための装置に関する。本発明は、より詳細には、静電写真等の分野において用いられ、荷電対象たるイメージング部材（例えばフォトレセプタ）等の表面から間隔配置されたロールを、クリップされたＡＣ入力電圧によりバイアスすることによって、当該荷電対象部材の表面に荷電する荷電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、静電写真複製プロセスにおいては、まず光受容(photoreceptive)部材を実質的に均一に荷電する工程が実施され、引き続いて原本ドキュメントに係る光画像に対し当該光受容部材を露出する工程が実施される。後者即ち露出工程においては、前者即ち荷電工程にて荷電された光受容部材を光画像に対し露出することによって、光受容部材の光伝導(photoconductive)表面層のうち原本ドキュメント中の非画像エリアに対応するエリアから、放電させる。その際、原本ドキュメント中の画像エリアに対応するエリアの電荷は保たれるため、露出工程を実施することによって光受容部材上には原本ドキュメントに対応した静電潜像が生成される。この静電潜像は引き続いて現像工程に供される。現像工程においては、帯電した現像材料が光受容部材上の荷電画像エリアに吸着されて光伝導表面層上に堆積し、可視像が現れる。現像の後、光受容部材上の現像材料をコピーシート（或いはその他の支持基板）上に転写し、原本ドキュメントの複製たる画像を当該支持基板上に永久的に固着する。そして、静電写真複製プロセスの最終工程においては、次のイメージングサイクルを準備すべく、光受容部材の光伝導表面層が清掃され残留現像材料が除去される。
【０００３】
このような静電写真複製プロセスは、光レンズを用いて原本を複製する技術や、電子的に発生させた（又は予め格納しておいた）原本を印刷する技術等において、周知のものでありまた有用なものである。また、類似したプロセスは、ディジタルレーザ印刷等の印刷分野においても用いられている。ディジタルレーザ印刷においては、電子的に発生させた（又は予め格納しておいた）画像に応じレーザビームを変調し、この変調されたレーザビームによって光伝導表面層から電荷を除去する。光伝導表面層は予め荷電しておく。レーザビームによる電荷除去によって、光伝導表面層上には、静電潜像が形成される。荷電エリアをトナーにより現像する光レンズ式画像発生システムがＣＡＤ或いは“ライトホワイト”システムとして知られているのに対し、この印刷プロセスは、放電したエリアをトナーにより現像するためＤＡＤ或いは“ライトブラック”システムと呼ばれる。
【０００４】
バイアス荷電ロール（ＢＣＲ:bias charge roll）式荷電システムは、ＤＡＤ電子写真システムにおける均一な背景ポテンシャルを与えるため、各種のマシンにて用いられている。市場の需要がより高速なカラー機へと移行するにつれて、コンタクト荷電法には二つの重大な短所が現れてきている。第１の短所は、荷電ローラ上にトナー及びトナーへの添加物による汚濁が蓄積され、荷電が均一でなくなることである。第２の短所は、光導電表面層における摩耗の劇的な増加である。これらの短所を除去する上で役立つものとしては、非コンタクト（スコロトロン：scorotron）荷電法があるが、これにはオゾン及びＮＯｘ発生量が比較的多いという問題点がある。また、清掃装置を工夫するという方法もあるが、これには荷電ロールそれ自体ひいてはフォトレセプタ全体のコスト増という問題点がある。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，３８９，２５５号明細書
【特許文献２】米国特許第６，３６０，０６５号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００２／００５１６５４Ａ１号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００２／０００１４７８Ａ１号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００１／００１７９９５Ａ１号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００２／００３７１８０Ａ１号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００１／００１２４６０Ａ１号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態に係る装置は、荷電対象部材に電荷を与える装置であって、（１）荷電対象部材の表面から間隔配置されたコンタクトロール部材と、（２）単一極性の発振入力駆動電圧としてコンタクトロール部材に印加すべく、ある選択された極性の成分が除去されるようクリップされた発振電圧信号を含む電気的バイアスを、コンタクトロール部材に印加する電気的バイアス印加手段と、を備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明に関する一般的理解のため、以下、図面を参照して説明を行う。各図中、同一の部材には同一の符号を付している。また、以下の説明では本発明の特定の実施形態に関して記述を行うが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではない。むしろ、本発明は、別紙特許請求の範囲によって定義される本発明の技術的範囲に属する全ての代替物、変形物及び等価物を、包含するものである。
【０００８】
特に、本発明の典型的な電子写真向けに適用した荷電システムに関して説明を行うけれども、本発明における荷電の仕組みは他種静電写真式処理マシンを含め広い範囲の用途に適用できるものであり、ここで述べる特定の実施形態への適用には限定されないことを、理解されたい。特に留意すべきことに、ここでは荷電システムへの適用例を以て説明を行うが、荷電デバイスを用いることが求められるサブシステムである限り、本発明に係る荷電装置は典型的な静電写真式装置における転写、デタック、清掃等のサブシステムにおいても用いうる。加えて、認識されるべきことに、バイアス型ロール荷電システムはフォトレセプタ以外の部材に電荷を与える用途にも、更には静電写真印刷の領域外に当たる環境においても、等しく応用できるものである。
【０００９】
図１に、本発明の一実施形態に係るバイアス型ロール荷電システムを、静電写真複製装置における使用例を以て示す。この図に示す静電写真複製装置においては、電気的に接地された導電基板３８上に光伝導面３５を堆積した構成を有するフォトレセプタ部材乃至ドラム１２が、用いられている。このドラム１２は、図示しないモータに連結されている。当業界において周知の通り、ドラム１２の各部分は、このモータによって、その前進方向にある各種の処理ステーションへと前進駆動される。その際、ドラム１２の各部分が最初に通るのは荷電ステーションである。荷電ステーションにおいては、本発明の一実施形態に係る荷電デバイス１０が、比較的高い実質的に均一なポテンシャルまで、ドラム１２の光伝導面に荷電する。
【００１０】
より詳細には、バイアス型ロール荷電システム１０は、フォトレセプタ部材（ドラム）１２から２０〜５０μｍのエアギャップを以て間隔配置された導電ロール部材１４を、備えている。導電ロール部材１４は、フォトレセプタ部材（ドラム）１２の相対運動方向に対して交差する軸たる導電性コア乃至シャフト２０によって、支持されている。導電ロール部材１４は、例えば、軸１６周りに回動可能なよう支持された変形可能な細長いローラとして、構成できる。また、導電ロール部材１４を形成する素材は、その加工・化合の容易さや摩耗性・経済性に従い、選べばよい。好ましくは、例えばネオプレン、ＥＰＤＭラバー、ハイペロン(hypalon)ラバー、ニトリルラバー、ポリウレタンラバー（ポリエステルタイプ）、ポリウレタンラバー（ポリエーテルタイプ）、シリコンラバー、ヴィトン／フルオレールラバー、エピクロヒドリン(epichlohydrin)ラバー、並びに炭素分子、グラファイト若しくはその他の導電性添加物との化合後におけるその体積抵抗が１０3〜１０7Ω-ｃｍの範囲内にある同様の素材といった、ポリマー素材から形成する。
【００１１】
導電ロール部材１４には、そのシャフト２０を介し、高電圧電源（ＨＶＰＳ）２２が接続されている。高電圧電源２２は発振入力駆動電圧をロール部材１４に供給する。発振入力駆動電圧のピークトゥピーク電圧値は、フォトレセプタ表面に所望の荷電ポテンシャルが誘起するよう、当該荷電ポテンシャルに基づいて選択されている。また、標準的なライン電圧を発振入力駆動電圧として用いることもできるが、他の電圧レベルや他の周波数を用いることもできる。それは、個別のマシン設計に依存した各種の制限ファクタ、例えばフォトレセプタに誘起させるべき所望の荷電レベルや所望の複写・印刷動作速度による。
【００１２】
とりわけバイアス型ロール荷電に関し好ましいフォトレセプタ部材（ドラム）１２とは、単一符号のモバイルキャリアを電荷発生層から電荷転移層へと注入し、導電ロール部材１４に係る誘起電圧信号によらず、フォトレセプタ部材（ドラム）１２の表面に発生する表面荷電ポテンシャルが単一の荷電極性となるようにする、といった特性を有するものである。図１に示されるように、フォトレセプタ部材（ドラム）１２は、一般に、接地電位３７に接続されたアルミニウムシート等として実現される接地された導電性基板３８と、金や三方晶(trigonal)セレニウム等から形成された電荷発生層３０と、セレニウム若しくはこれに重畳されたセレニウム合金等の光伝導絶縁体から形成された電荷転移層３２と、フォトレセプタ部材（ドラム）１２の外面３５を形成する誘電体外皮３４とを、含んでいる。
【００１３】
荷電動作に際しては、バイアス型荷電システム１０からフォトレセプタ部材（ドラム）１２の光伝導面へとＡＣ電圧信号が印加され、この信号によってフォトレセプタ・接地３７間に電位差が発生する。電荷発生層３０からの荷電キャリアは、光導電素材の上側表面３５にあるバルクの電荷転移層３２内へと移動し、この層内において捕獲される。また、薄い誘電体外皮３４は導電ロール部材１４上又はフォトレセプタ部材（ドラム）１２上におくのが望ましい。その理由はいくつかあるが、一つには、導電ロール部材１４又はフォトレセプタ部材（ドラム）１２の表面を保護するため、また一つには、低抵抗ローラを用いられるよう電流制限動作を行うため、更に一つにはフォトレセプタ又はロール部材の表面特性を制御するためである。図示した実施形態においては、誘電体外皮３４はフォトレセプタの上側表面上におかれているが、誘電体外皮３４をバイアス型導電ロール部材１４の外面に設けても同様の効果を得ることができる。
【００１４】
本実施形態においては、ダイオード２６と抵抗２８による単純な回路が高電圧電源２２に接続され、高電圧電源２２から供給されるＤＣオフセットＡＣ波形の正成分を除去している。このダイオード／抵抗回路は整流回路として動作し、発振ＡＣ電圧信号の正成分を除去又はクリップする。例えば、典型的なバイアス荷電ロール入力駆動電圧は１．６ｋＶのピークトゥピーク電圧に−３５０ＶのＤＣオフセットを付加した４００Ｈｚの電圧、即ち正側に４５０Ｖ、負側に１１５０Ｖまでそれぞれ振れる電圧であり、これを用いることによってフォトレセプタに−約３３０Ｖの表面電位がもたらされる。この典型的なＡＣ入力波形の正成分を図４に示す如くクリップすることによって、同じフォトレセプタの表面電位を約５３０Ｖまで高めることができる。即ち、発振入力電圧信号の未使用成分を除去することにより、必要な負のフォトレセプタ表面電位を得るべくバイアス型荷電ロールシステムに対して要求される電流値を、顕著に低減することができる。また、バイアス型荷電ロール１４における負の入力ポテンシャル（のみ）を用いて負の表面荷電ポテンシャルが提供されるため、フォトレセプタ表面への余剰電流即ち電荷転移層の劣化及び摩耗を加速する電流を抑えることができる。
【００１５】
コンタクト型ロール荷電においては、清掃し残しのトナー、或いはより往々にしてトナーへの添加物は、バイアス荷電ロール（ＢＣＲ）とフォトレセプタ表面との間の隙間においてＢＣＲの表面にインパクトを与える。素材や環境条件によるが、この種の汚濁物によって厳しい不均一荷電が生じることがあることから、コンタクト型ロール荷電においては、ＢＣＲの表面を清掃しこの種の問題を防ぐべく、清掃技術に属する各種の工夫が採用されている。ここに、素材が衝撃を受けるのはその表面においてであるため、ロールを好適に清掃するにはラフで研磨性の強い清掃手法を用いねばならず、そのため荷電サブシステムの寿命が短くなり荷電清掃システムのコストも高まっていた。これに対し、本願にて説明している非コンタクト型システムにおいては、汚濁物は引き続き生じうるものの、荷電ロール表面とフォトレセプタ表面との間に２０〜５０μｍのエアギャップがあるため、汚濁物がＢＣＲ表面にインパクトを与えることはない。その結果、ロール表面を清浄に保つため用いる清掃技術を、非常にマイルドな（即ちラフでない）ものにすることが、可能になっている。更に、仮に図３に示すようなクリップされていないＡＣ電圧を典型的な非コンタクト型手法において用いるとすれば、２０〜５０μｍのギャップをまたいで均一に荷電するのに高い電圧が必要となる。かかる高電圧は電荷転移層の摩耗に結びつき、電子写真システムの寿命制約要因となる。この問題点を克服するため、本発明の属する技術分野においては、これまで、フォトレセプタ表面にロバスト外皮を設けて寿命を延長する等の手法が検討されてきた。しかしながら、本願出願人が到達した知見によれば、かかるロバスト外皮は克服すべき他のサブシステム間干渉乃至相互作用、例えば清掃や皮膜に関連した干渉乃至相互作用を、もたらすものである。そこで、本発明においては、ＡＣ電圧の正の部分をクリップすることにより摩耗を減らし、同時にロバスト外皮を不要としている。
【００１６】
図２に示すように、本発明の一実施形態たる４２５マシンにおいては、クリップされていない発振入力電圧信号を用いる従来のバイアス型荷電ロール荷電システムに比べて、摩耗防止効果が高まっている。即ち、ＢＣＲ電圧の正の部分を除去することにより、電荷転移層における摩耗が顕著に抑制される。摩耗の量は従来の約１／３．５程に減っている。更に、標準的な（完全な）正弦波に比べクリップしたＡＣを用いる本発明の方がなめらかな摩耗プロファイルが得られることが、ＣＴＬ表面走査電子顕微鏡写真により判明している。
【００１７】
このように、本発明によれば、先に示した目的を達成でき所期の効果を得ることができるバイアス型荷電デバイスが得られる。本発明に関してはその特定の実施形態を掲げて説明を行ったけれども、当業者にとり自明である如く、その他多くの代替物、変形物及び態様を以て本発明に係る効果を得ることができる。従って、その種の代替物、変形物及び態様については、別紙特許請求の範囲に記した発明の本質を逸脱しないものとして、即ち本発明に包含されるものとして、認められるべきであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るバイアス型ロール荷電システム及びその静電動作を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るバイアス型ロール荷電システムにおける摩耗低減効果を、発振入力電圧信号をクリップしない従来式のバイアス型ロール荷電装置との対比において、示すグラフである（図中の“ＸＥＲＯＸ”は登録商標である）。
【図３】典型的な従来式の荷電装置にて印加されるクリップされていないＡＣ入力電圧を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態に係る荷電装置にて印加されるクリップされたＡＣ入力電圧を示すグラフである。
【符号の説明】
【００１９】
１０  荷電デバイス乃至システム、１２  フォトレセプタ部材乃至ドラム、１４  導電ロール部材、２２  高電圧電源（ＨＶＰＳ）、２６  ダイオード、２８  抵抗、３５  光伝導面、３７  接地電位。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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