DE2140318A1 - Verfahren zum Aufladen eines lichtempfindlichen elektrophotographischen Materials - Google Patents

Description

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN

DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C GERNHARDT 2140318 MÖNCHEN KAMBURG TELEFON: 555476 8000 MDNCHEN 15, TEIEGRAMME=KARPATENT NUSSBAUMSTRASSEIO

Ii₉ August 1971 W 40 650/71

Fuji Photo Film Co., Ltd. Ashigara-Kamigun, Kanagawa (Japan)

Verfahren zum Aufladen eines lichtempfindlichen elektrophotogra-

phischen Materials ·

Die Erfindung betrifft ein neues Coronaaufladungsverfahren für die Verwendung in der Elektrophotographie„

Ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial besteht im allgemeinen aus einem photoleitfähigen isolierenden Überzug, der auf einen elektrisch leitfähigen Träger aufgebracht ist. Ein typisches Beispiel dafür ist eine Metallplatte, die mit einer durch Vakuumaufdampfung'aufgebrachten Schicht aus photoleitfähigem Selen beschichtet ist, oder ein mit einem leitfähigen polymeren Material beschichtetes oder imprägniertes Papiersubstrat, das mit einer Deckschicht aus einer homogenen Mischung aus photoleitfähigem ZnO und einem isolierenden harzartigen Bindemittel versehen ist.

Derartige photolextfahige Materialien können durch eine Coronaentladungsquelle leicht aufgeladen werden. Die Fig. 1 der bei-

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liegenden Zeichnung erläutert die übliche Coronaaufladungsmethode. Das in der Fig. 1 dargestellte elektrophotographische Material 10 besteht aus einem photoleitfähigen Überzug 12 und einem elektrisch leitfähigen Träger 11, beispielsweise einer Metallplatte. Über die gesamte Breite des photoleitfähigen Überzugs erstreckt sich einige Zentimeter darüber ein Coronadraht 13. In der Nähe des Drahtes 13 ist ein Abschirmgehäuse 14 vorgesehen, das den Draht auf drei Seiten umgibt₀ An den Draht 13 wird eine hohe, beispielsweise negative, Spannung angelegt, während das Abschirmgehäuse und der elektrisch leitfähige Träger 11 auf dem Erdpotential gehalten werden.

Bei einer Drahtspannung von etwa -6000 bis 7000 Volt und einem Spalt zwischen dem Draht und der photoleitfähigen Oberfläche von einigen Zentimetern wird der photoleitfähige Überzug mit* Hilfe negativer Goronaionen, die auf den Überzug auftreffen, negativ aufgeladen; Um die gesamte Oberfläche des Überzuges gleichmäßig aufzuladen, kann die Coronaaufladungsvorrichtung (bestehend aus dem Draht und dem Abschirmgehäuse) mit einer konstanten Geschwindigkeit in der durch einen Pfeil dargestellten Richtung bewegt werden. Es kann aber auch das aufzuladende Material unter der stationären Aufladungsvorrichtung bewegt werden. Für den Fall, daß ein elektrisch leitfähiger Träger für das elektrophotographisehe Material verwendet wird, das den in Fig. 1 dargestellten einfachen Aufbau hat, ist es ganz leicht, dieses Material mit einer ausreichenden Gleichförmigkeit durch Verwendung der in ]?ig. 1 dargestellten Anordnung aufzuladen.

Wenn jedoch ein elektrophotographisches Material 20 mit einem Querschnittsaufbau, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, das aus einem hochisolierenden Träger 21, einer elektrisch leitfähigen Zwischenschicht 22 und einem photoleitfähigen isolierenden Überzug 12 besteht, aufgeladen werden soll, ist die in der Fig. 1 dargestellte Anordnung ungeeignet. Der Grund liegt in der

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Schwierigkeit, mit der die Zwischenschicht 22 geerdet wird. Das ist insbesondere der Fall, wenn der isolierende Träger aus einem Kunststoffilm, beispielsweise aus Polyester, Polyäthylen, Polyvinylchlorid oder Cellulosetriacetat besteht« Wenn der Träger 21 gewöhnliches Papier ist,, kann es aus der umgebenden Luft Feuchtigkeit absorbieren, um so den spezifischen Widerstand des Trägers herabzusetzen, um eine im wesentlichen gleichförmige Aufladung nach der üblichen Aufladungsmethode zu ermöglichen, weil der elektrisch leitfähige Träger durch die elektrisch leitfähige Platte, auf welche das elektrophotographische Material gelegt ist, geerdet wird. Bei einem hochisolierenden Träger, wie z. B. einem Polyesterfilm, kann der elektrische Widerstand entlang seiner Dicke nicht vernachlässigt werden und' die in der Fig. 1 dargestellte übliche Aufladungsmethode ist nicht anwendbar, da der Träger durch die elektrisch leitfähige Platte nicht mehr geerdet ist.

Wenn der isolierende Träger 21 ziemlich dünn ist und die elektrisch leitfähige Schicht 22 eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist, wie es der Fall ist bei einer im Vakuum aufgedampften Metallschicht, tritt während der Coronaaufladung zwischen der jeweiligen Kante der Schicht 22 und einer elektrisch leitfähigen Bückschicht des Erdpotentials, auf welche das Material gelegt wird, ein Funkenüberschlag auf, wodurch es möglich ist₉ den photoleitfähigen überzug gleichmäßig aufzuladen. Diese Erdung durch Funkenüberschlag führt jedoch dazu, daß das erhaltene Potential des Überzugs wesentlich zunimmt und gleichseitig liefern die Funken, neben der Gefahr, die sie darstellen, ein unerwünschtes Licht, für das der photoleitfähige überzug empfindlich ist. Auch ist die Erdung durch Funkenüberschlag gefährlich.

Wenn die elektrisch leitfähige Schicht aus Materialien, wie z. B. Kupfer(I)-jodid, elektrisch leitfähigem Kohlenstoff oder elektrisch leitfälligen polymeren Materialien, die weit weniger elektrisch

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leitfähig sind als Metall, hergestellt ist, tritt kaum ein Funkenüberschlag auf und deshalb kann der photoleitfähige Überzug keine große Menge an elektrostatischer Ladung aufnehmen.

Bisher hat man zur Vermeidung dieser Schwierigkeit ein elektrophotographisches Material verwendet, bei dem die Randteile der Zwischenschicht freiliegen, um so das Erden der Schicht zu erleichtern. Dies erforderte jedoch ziemlich komplizierte Her- ^ stellungsyerfahren zur Herstellung von Materialien dieser Struktur und darüber hinaus war die Erdung unvollständig bei einer Zwischenschicht mit einem ungenügenden seitlichen Leitfähigkeitswert *

Die vorliegende Erfindung liefert nun ein neues Aufladungsverfahren, das selbst für ein elektrophotographisches Material geeignet ist, das "eine Struktur aufweist, wie sie in der Pig. 2 der beiliegenden Zeichnung dargestellt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch.gekennzeichnet, daß zwei Coronaaufladungselektroden oberhalb einer auf eine? elektrisch leitfähigen Schicht gebildeten photoleitfähigen isolierenden Schicht angeordnet werden, so daß eine relative Bewegung zwischen diesen Elektroden und dem aufzuladenden Material in der Weise entsteht, daß eine Elektrode gegenüber der anderen vorangeht,- wodurch der photoleitfähige Überzug einer Coronaentladung einer Polarität von der vorderen Elektrode unterworfen ist, wodurch der photoleitfähige Überzug durch Photokonduktion elektrisch leitfähig gemacht wird, die durch die gleichzeitige oder unmittelbar nach oder vor der Coronaentladung auftretende Lichtbestrahlung verursacht wird, und daß eine Coronaentladung der entgegengesetzten Polarität aus der nachfolgenden Elektrode erzeugt wird.

Die Fig. 3 der beiliegenden Zeichnung stellt einen Querschnitt durch eine. Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung dar, in der

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die Ziffer 30 eine nachfolgende Aufladungseinheit und die Ziffer 31 eine vorhergehende Aufladungseinheit bedeuten, die in der Nähe der zuerst genannten angeordnet ist. Diese beiden Einheiten.werden mit einer konstanten Geschv/indigkeit in .Richtung des dargestellten Pfeiles bewegt. Das elektrophotographische Material 20 steht still. Die nachfolgende Einheit 31 "besteht aus einem Coronadraht 32 und einem Abschirmgehäuse 33» das geerdet ist. Die vorhergehende Einheit 31 besteht entsprechend aus einem Coronadraht 34- und einem Abschirmgehäuse 35 des Erdpotentials, sie ist jedoch außerdem mit einer zylindrischen Lichtquelle 36 im Innern des Abschirmgehäuses und oberhalb des Drahtes 34- versehen.

Wie in der Fig. 4- der beiliegenden Zeichnung dargestellt, arbeitet die Vorrichtung auf die folgende Art und Weise:

Das aus der Leuchtröhre 36 emittierte Licht wandelt den photoleitfähigen Überzug 12 auf der bestrahlten Fläche in einen elektrisch leitfähigen Überzug um. Die Ladungen auf den Coronaionen, welche die Oberfläche des Überzugs 12 erreicht haben, können deshalb durch den Überzug in die elektrisch leitfähige Schicht eindringen. Die Ladungswanderung durch den Überzug erfolgt ganz leicht entweder durch Löcher oder durch Elektronen. Wenn man nun annimmt, daß eine hohe positive Spannung an den Draht 34- angelegt wird, so treffen positive Coronaionen auf den photoleitfähigen isolierenden Überzug 12 auf und Löcher wandern durch 12 in die elektrisch leitfähige Schicht 22. Da die elektrisch leitfähige Schicht 22 dadurch einen Überschuß an positiven Ladungen erhält, werden die negativen Ionen aus der nachfolgenden Elektrode 30, an die eine hohe negative Spannung angelegt ist, leicht auf dem Überzug angezogen. Wenn die Lichtermüdung des photol.eitfähigen Überzugs 12 nicht stark ist, bleiben die negativen Ladungen auf der - Oberfläche des Überzugs, so daß er negativ aufgeladen wird.

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Für den Fall, daß der Überzug durch die Belichtung bei der vorhergehenden Behandlung stark lichtermüdet, werden die negativen Coronaionen sofort neutralisiert und der Überzug nimmt keine wesentliche Ladungsmenge auf. Demgemäß kann das erfindungsgemäße Aufladungsverfahren für solche photoleitfähigen isolierendem Überzüge, die durch Licht stark ermüden, nicht verwendet werden. ■ Photoleitfähige Zusammensetzungen, die für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet sind, umfassen solche, die amorphes Selen, homogene Mischungen aus photoleitfähigem Pulver (ZnO, CdS) und fc einem harzartigen Bindemittel und viele organische Photoleiter umfassen.

Abgesehen von der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform, in der die Lichtquelle 36 in dem zylindrischen Abschirmgehäuse angeordnet ist, kann die Lichtquelle auch oberhalb des Abschirmgehäuses vorgesehen sein, das in seiner Oberseite eine Öffnung aufweist. Die Lichtbestrahlung kann unmittelbar vor oder nach der Coronaentladung mit der vorhergehenden Einheit durch Verwendung einer Lichtquelle durchgeführt werden, die auf der Vorder- oder Rückwand des Abschirmgehäuses angeordnet ist, wobei die Bestrahlung und die Coronaentladung vorzugsweise gleichzeitig durchgeführt werden. Da die beiden Entladungseinheiten nahe beieinander ange- W ordnet sind und gleichzeitig funktionieren, wird die Entladung der nachfolgenden Einheit 32 durch die Hilfe der vorhergehenden Einheit 31 erhöht, so daß die Wirksamkeit der Aufladung sehr hoch wird.

In der Fig. 5 der beiliegenden Zeichnung ist eine andere Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung im Querschnitt dargestellt. In dieser Ausführungsform besteht eine vorhergehende Einheit 50» die der Ziffer 31 der Fig. 3 entspricht, aus einem Abschirmgehäuse 52 und einer Lichtquelle 36. Eine nachfolgende Einheit ist mit 30 bezeichnet. Ein elektrophotographisches Material 20 wird

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zuerst gleichförmig mit der Lichtquelle 36 belichtet und dann mit der Einheit 50 einer Coronaentladung unterworfen. Anschließend wird es nach einem kurzen Zwischenraum durch die zweite Einheit 30 erneut aufgeladen. Da die erste Entladung auf dem photoleitfähigen Überzug noch im Zustand der Lichtadaptation durchgeführt wird, können die Coronaionen darauf nicht gespeichert werden. Der Überzug nimmt seinen dunkel—adaptierten Zustand wieder an bis die zweite Einheit sich darüber hinweg bewegt. Auf diese Weise können die Goronaionen aus der zweiten Einheit wirksam auf dem Überzug gespeichert werden.

Die Fig. 6 der beiliegenden Zeichnung erläutert eine andere Ausführungsform einer Aufladungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Gegensatz zu der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung, in welcher vor der ersten Aufladung belichtet wird, wird in dieser Vorrichtung zuerst aufgeladen, dann wird vorläufig belichtet und ein zweites Mal aufgeladen. Die photoleitfähigen überzüge müssen -keinen wesentlichen Photokonduktionsspeicherungseffekt aufweisen. Diejenigen, die keinen Speicherungseffekt aufweisen, können vorteilhaft unmittelbar nach der Belichtung der zweiten Aufladung unterzogen v/erden« In der Vorrichtung der Fig. 6 können die Coronaionen, die sich auf dem Überzug nach der ersten Aufladung angesammelt haben könnten, durch die nachfolgende Belichtung abgeleitet werden. Deshalb können die von der zweiten Coronaeinheit gebildeten Ionen sich auf der photoleitfähigen Oberfläche anreichern, um den Überzug aufzuladen.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, ist die vorliegende Erfindung dadurch charakterisiert, daß der photoleitfähige isolierende Überzug während oder unmittelbar vor oder nach einer ersten Coronaentladung bestraht (belichtet) v/ird, um so den Überzug vorübergehend elektrisch leitfähig zu machen, wodurch verhin-

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dert wird, daß die ersten Coronaionen sich auf dem Überzug anhäufen, und daß auf eine an die belichtete Fläche angrenzende · Fläche die zweite Corona angewendet wird, wodurch die zweiten Coronaionen sich aufgrund der ersten Coronaentladung leicht auf dem überzug anreichern können. Wenn die Belichtung nicht vor der zweiten Aufladung durchgeführt wird, bleiben die ersten Goronaionen auf der Oberfläche des Überzugs, wodurch eine längere oder starke zweite Aufladung erforderlich ist, um die angehäufte Ladung zu neutralisieren. Dies führt zu einer deutlichen Verlängerung der zur Aufladung erforderlichen Zeit.

Aus dem Arbeitsmechanismus, auf dem das erfindungsgemäße Verfahren beruht, geht hervor, daß die erste und die zweite Aufladungseinheit einem einzigen elektrophotographischen Material gegenüber-

stehen sollten, oder, mit anderen Worten, die elektrisch leitfähige Schicht des aufzuladenden Materials muß mit den beiden Flächen elektrisch verbunden sein, denen die beiden Aufladungselektroden gegenüberliegen. Diesbezüglich ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignet für ein elektrophotographisches Bahnma'terial.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch vorteilhaft zur Aufladung eines elektrophotographischen Materials, das sowohl positive als auch negative Spannungspolaritäten annehmen kann.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie jedoch darauf zu beschränken»

Beispiel 1

Es wurde ein elektrophotographisches Material auf die folgende Art und W_eise hergestellt:

Eine Holle eines 100 mm dicken und 250 mm breiten Polyäthylen-

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terephthalatfilmes wurde durch ultraviolette Strahlung an der Oberfläche aktiviert und durch Aufdampfen im Vakuum mit Aluminium beschichtet. Die Dicke der Aluminiumschicht betrug 0,2 Mikron Auf dieses Trägermaterial wurde auf die mit Aluminium beschichtete Seite eine photoleitfähige Beschichtungsmasse aufgebracht unter Bildung einer trockenen Schichtstärke von 15 Mikron.

Die Beschichtungsmischung wurde wie folgt hergestellt:

Gereinigtes CdS wurde 8 Stunden lang bei 200⁰C in Gegenwart von 1,0 Mol-% ZnJp gebrannt. Das ursprüngliche CdS wurde nach einem Naßverfahren erhalten und mehr als 4-0 % des Pulvers bestanden aus kubischen Kristallen.' Das wärmebehandelte Pulver wurde mit einem Bindemittel gemischt, das aus einem Silikonharz und einem Epoxyesterharz bestand, so daß das Pulver 35 VoL-% des getrockneten Überzugs ausmachte.Die erste Coronaeinheit 31 wies folgende Daten auf: Coronadraht = rostfreier Stahldraht 34· mit einem Durchmesser von 0,1 mm_>mit einem Abstand gegenüber dem Abschirmgehäuse 35 von 20 mm, Abstand zwischen Draht und Uberzugsoberflache =15 mm, Lichtquelle 36 = 8 W-Fluoreszenzröhre mit einer effektiven Länge von etwa 250 mm und einem Röhrendurchmesser von 14,7 mm, Lichtstärke auf dem Oberflächenüberzug = 950 Lux. Die zweite Einheit war benachbart zu der ersten angeordnet und wies die folgenden Daten auf: Coronadraht 32 = rostfreier Stahldraht mit einem Durchmesser von 0,1 mm, Abstand Draht-Abschirmgehäuse = 15 mm, Abstand ' Draht-Uberzugsoberf lache: = 12 mm. Beide Abschirmgehäüse waren geerdet. Beim Anlegen einer Spannung von -7' KV an den ersten Coronadraht 34- und von +7KV an den zweiten Coronadraht 32 wurde die elektrophotographische Bahn 20 in der durch den Pfeil dargestellten Richtung mit einer Geschwindigkeit von 5 cm/Sekunde bewegt, um positiv aufgeladen zu werden.

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Beispiel 2

Es wurde eine andere photoleitfähige Bahn hergestellt, indem man auf den gleichen Trägerfilm, wie er iia Beispiel 1 verwendet wurde, durch Vakuumablagerung eine 25 Mikron dicke Selenschicht aufbrachte. Es wurdeidie gleichen Operationen wie im Beispiel 1 durchgeführt, wobei eine entsprechend zufriedenstellende Ladungsaufnahme erhalten wurde.

Beispiel 5

Auf einem 100 Mikron dicken Triacetylcellulosefilm wurde durch Aufbringen eines kationischen Polymerisats "Dow Chemical ECR-34-" (Handelsname) der Dow Chemical Co., USA, eine elektrisch leitfähige Polymerisatschicht erzeugt unter Bildung eines Trockenüberzug-= gewichtes von 1,5 g/m · Auf diese Schicht wurde dann ein photoleitfähiger Überzug aufgebracht, der aus Poly-N-vinylcarbazol bestand und eine Dicke von 8 Mikron aufwies. Der so hergestellte photoleitfähige Film wurde unter Verwendung der in der Fig. 6 dargestellten "Vorrichtung aufgeladen. Die Daten waren folgende: Coronadraht 34- = rostfreier Stahldraht mit einem Durchmesser von 0,1 mm, Abstand Draht-Abschirmgehäuse =15 nun, Abstand Coronadraht-Überzugsoberflache =15 mm. Die Lichtquelle und die z;veite Aufladungseinheit waren die gleichen wie die in Beispiel 1 verwendeten. Der Überzug wurde durch Anlegen von +8KV an den ersten Coronadraht und von -7KV an den zweiten Coronadraht negativ aufgeladen.

Beispiel 4

Ein dünner Polyäthylenfilm mit einer Dicke von 15 Mikron wurde auf 100 Mikron dickes Kunstpapier auflaminiert. Die Oberfläche des Filmes wurde aktiviert, indem man sie einer Coronaentladung

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unterzog. Auf die aktivierte Oberfläche wurde eine elektrisch leitfähige Schicht auf die in Beispiel 3 beschriebene Art und Weise aufgebracht. Darauf wurde eine Beschichtungsmasse aufgebracht, die aus 100 Gewichtsteilen ZnO, 14 Gewichtsteilen Styrol-Alkydharz (Styresol 4400 (Handelsname) der Japan Reichhold Chemical-Co.), 6 Gewichtsteilen einer Polyisocyanatverbindung (Colonate L (Handelsname) der Nippon Polyurethane Industries) und 0,02 Gewichtsteilen Kupfer(II)stearat bestand» unter Bildung einer Trockenschichtstärke von etwa 7 Mikron.

Das ZnO-Papier wurde durch die in Fig. 5 dargestellteVorrichtung aufgeladen. Die beiden Coronaeinheiten und die Lichtquelle waren die gleichen wie sie in Beispiel 3 verwendet wurden. Das Papier wurde mit einer Geschwindigkeit von 3 cm/Sekunde bewegt. Bei ansonsten gleichen Bedingungen wie in Beispiel 3 wurde das Papier erfolgreich negativ aufgeladen.

Patentanspruch:

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Claims (1)

1. Patentanspruch

   Verfahren zum Aufladen eines lichtempfindlichen elektrophotographischen Materials_T bestehend aus einem photoleitfähigen isolierenden Überzug auf einer elektrisch leitfähigen Schicht, mit Hilfe einer Coronaentladung, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrophotographxsche Material, bevor es einer Coronaaufladung mit einer Polarität unterzogen.wird, in der das Material letztlich aufgeladen werden soll, einer Coronaentladung mit entgegengesetzter Polarität und gleichzeitig oder unmittelbar vor oder nach dieser Entladung einer Belichtung unterworfen wird, wobei das verwendete Licht in der Lage ist, den photoleitfähigen Überzug des Materials elektrisch leitfähig zu machen.

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