DE2339745A1 - Verfahren zur aufladung einer schicht, vorrichtung zur ausfuehrung des verfahrens und anwendung des verfahrens - Google Patents

Description

TUELABOR AG
Geissacherstr. 6, Ch 8126 Zumikon / Schweiz

Verfahren zur Aufladung einer Schicht, Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens und Anwendung des Verfahrens

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur elektrischen Aufladung einer Schicht, auf eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens sowie auf eine Anwendung des Verfahrens.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Aufladung einer elektrographischen bzw. elektrophotographischen Schicht. Es ist bekannt, dass Gasentladungen, beispielsweise Koronaentladungen, eine Aenderung physikalischer und chemischer Eigenschaften bestimmter Stoffe bewirken können. So wurde auch festgestellt, dass besonders organische Schichten, wie sie für reprographische Zwecke-Anwendung finden können, unter der Einwirkung von Gasentladungen einen ausgeprägten Alterungseffekt aufweisen. Dieser Alterungseffekt äussert sich in mehr oder weniger rasch abnehmender Bildqualität bei wiederholter Benützung

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einer solchen elektrophotographischen Schicht. Bei bekannten Reproduktionsprozessen in welchen solche elektrophotographische Schichten verwendet werden, stellt der genannte Älterungseffekt einen erheblichen Nachteil dar. Die elektrophotographischen, besonders die organischen elektrophotographischen Schichten müssen.nämlich wegen dieses Alterungseffektes nach einer beschränkten Anzahl von Reproduktionen ersetzt werden. Ein häufiger Ersatz sowie die damit verbundenen Umtriebe und Kosten sind unerwünscht. Der Ersatz der elektrophotographischen Schicht führt auch zu unerwünschten Unterbrüchen in der Einsatzbereitschaft der betreffenden Reproduktionsgeräte.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Aufladung von Schichten anzugeben, bei welchem die genannten Nachteile vermieden werden, sowie eine Vorrichtung zu schaffen zur Durchführung des genannten Verfahrens. Die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens ist besonders auf dem Gebiet der Elektrographie vorteilhaft.

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Aufladung einer Schicht, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die aufzuladende Schicht auf einen Spannungswert aufgeladen wird, welcher nur ein Bruchteil des Neuwertes der Sattigungsspannung der genannten Schicht: ist.

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Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ausführung des genannten Verfahrens, welche gekennzeichnet ist durch eine Halteeinrichtung für die Aufnahme der aufzuladenden Schicht, eine dieser Halteeinrichtung beziehungsweise Sdiicht zugeordnete Aufladeeinrichtung, wobei diese Aufladeeinrichtung Steuerungsmittel aufweist zur Einstellung der auf der Schicht mit der Aufladeeinrichtung erzielbaren Spannung auf den genannten Spannungswert, wobei die Steuerungsmittel eine Oeffnungen aufweisende Steuerelektrode enthalten und die Steuerelektrode aequidistant zur Schicht auf der der Aufladeeinrichtung zugewendeten Seite der Schicht angeordnet ist, wobei der Abstand der Steuerelektrode von der Schicht kleiner als vier Millimeter ist,und die Weite der Oeffnungen der Steuerelektrode, mindestens in einem Teil derselben, kleiner als 1, 7 Millimeter ist.

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Die Erfindung betrifft auch die Anwendung des genannten Verfahrens zur wiederholten Aufladung von elektrographxschen Schichten.

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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen .beispielsweise erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 Eine Aufladecharakteristik einer neuen und einer gealterten Schicht;

Fig. 2 Einen Verlauf des Sekundärkoronastromes;

Fig. 3 Den Verlauf der Schichtsparmung iri Abhängigkeit der Zyklonzahl;

Fig. 4 Strom/Spannungscharakter ist iken von Aufladeeinrichtungen;

Fig. 5 Aufladecharakteristiken in Funktion der Zeit;

Fig. 6 Aufladecharakteristiken in Funktion des Weges;

Fig. 7, 8, 9 Ein erst.es Ausführungsbeispiel, schematisch

Fig. 10 Ein weiteres Ausführungsbeispiel, schematisch

In allen Figuren sind sich entsprechende Teile und Grossen mit gleichen Bezeichnungen versehen. Die Figuren sind nicht massstäblich gezeichnet.

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Vorgängig der Beschreibung von Ausführungsbeispielen wird zum besseren Verständnis der Erfindung auf die ihr zugrundeliegenden Probleme hingewiesen. Diese Probleme stammen aus dem Gebiet der Elektrophotographie bzw. der Bilderzeugung mittels photoleitender Schichten. Unter elektrographischen Prozessen soll hier verstanden werden: reprographische Prozesse, bei welchen elektrische Eigenschaften der Schicht, insbesondere Aufladbarkeit, Widerstand bzw. Leitfähigkeit, für den reprographischen Schritt ausgenützt werden. Unter elektrophotographischen Prozessen soll hier verstanden werden: elektrogiraphische Prozesse, bei welchen auch photoelektrische Eigenschaften der Schicht ausgenützt werden.
Vergleiche hiezu beispielsweise:

"Dessauer und Clark: Xerography and Related Processes, Focal Press 1965" oder

"Schaffert: Electrophotography, Focal Press 1965". Elektrographische Prozesse, bei welchen eine elektrisch aufladbare Schicht benützt wird, sind bekannt. Ebenso sind elektrographische Prozesse bekannt, in welchen eine photoleitende Schicht, welche elektrisch aufladbar und durch Belichtung selektiv entladbar ist, angewendet wird.

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Man unterscheidet dabei Prozesse, in denen die· genannte Schicht nur einmal verwendet wird, beispielsweise bei dem bekannten "Electrofax"-Prozess, und Prozesse, in denen die gleiche Schicht wiederholt verwendet wird. In einem Prozess mit einmaliger Verwendung der Schicht ist diese auf einem Träger, beispielsweise einem Bla'tt Papier, aufgebracht. Zunächst wird ein einer Bildvorlage entsprechendes latentes elektrostatisches Ladungsbild erzeugt, welches anschliessend in bekannter Weise, nass oder trocken, entwickelt wird, um ein sichtbares Bild zu ergeben. Das entwickelte Bild kann gegebenenfalls noch in bekannter Weise, beispielsweise durch Hitzeeinwirkung, fixiert werden. In elektrophotographischen Prozessen mit wiederholter Verwendung der Schicht ist eine photoleitende Schicht beispielsweise auf eine zylindrische Trommel aufgebracht oder auf eine Platte oder auf ein endloses Band, und ein und dieselbe Schicht wird wiederholt zur Erzeugung von Kopien benützt. Die vorliegene Erfindung bezieht sich insbesondere auf diese letztgenannte Art von Reproduktionsprozessen, bei welchen eine photoleitende Schicht mehrmals verwendet wird.

Zurzeit wird für die Erzeugung solcher elektrophotographi-

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scher Schichten insbesondere anorganisches, relativ resistentes, hartes Material verwendet, beispielsweise Selen oder eine Legierung von Selen mit einem oder mehreren anderen Metallen.

In neuerer Zeit wurden jedoch auch für elektrophotographische Zwecke geeignete Schichten gefunden, welche aus organischen Materialien, allein oder in Kombination mit anderen Substanzen bestehen. Diese organischen Schichten weisen jedoch einen stärkeren Alterungseffekt auf als die früher erwähnten anorganisehen Schichten.

Hinweise auf solche organische photoleitende Materialien sind beispielsweise zu finden in:

"Organic Photoconductor in Electrophotography, L.I. Grossweiner, 1970, Most Associates Marblehead, Mass., USA". Unter "organischen Schichten" wird im folgenden verstanden: Elektrophotographische Schichten,bei denen die Bilderzeugung wesentlich vom elektrischen Widerstand von darin enthaltenem organischem Material abhängt und bei denen dieses Material auch an der freien Oberfläche der Schicht liegt, also mit Gasentladungen in Berührung kommen kann, .zum Beispiel Schichten aus:

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1. Organischen Photoleitern, besonders photoleitenden Polymeren, wie: Carbazolpolymere, z.B. Polyvinylcarbazol (PVCa) und bromiertes PVCa.

2. Pigment-organischen Bindemitteln, z.B. Cadmiumsulfid-Harz- und Phthalocyanin-IIarzschichten. Als Harz z.B. Epoxidharze, Acrylharze und ähnliche.

3. Mehrfachschichten: z.B. wobei auf eine photoleitende Schicht noch eine dicke organische Isolationsschicht aufgebracht ist, z.B. 1Ou Mylar, oder z.B. auf Selen-Schicht eine PVCa-Schicht.

In kommerziell erhältlichen Photokopiergeräten, welche den zweiten Typ der genannten elektrophotographischen Prozesse benützen, wird die Entwicklung eines latenten Ladungsbildes auf der Oberfläche der elektrophotographischen Schicht vorgenommen, wonach das entwickelte Bild von der Schicht auf ein Trägermaterial, beispielsweise auf ein Blatt Papier, übertragen wird. Dieser Reproduktionsprozess wird als "BiIdtransferprozess" bezeichnet.

Obwohl bei diesem Bildtransferprozess der grösste Teil des zur Entwicklung verwendeten, meist pulverförmigen Entwick-

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lers, auch Toner genannt, bei der Uebertragung des Bildes von der Schicht auf das Trägermaterial von der Schicht abgehoben wird, bleiben Restbestände des Entwicklers an der Schicht haften.

Zur Vermeidung von späteren Bildfehlern bei der Wiederverwendung der Schicht müssen diese Entwicklerreste vor erneuter Benützung der Schicht möglichst vollständig von derselben entfernt werden. Viele verschiedene Methoden sind hiefür bereits vorgeschlagen worden. Der genannte Verfahrensschritt der Reinigung der Schicht von Entwicklerresten kann bei Benützung eines anderen Reproduktionsprozesses, welcher als "Ladungsbildtransfer-Prozess" bezeichnet wird, vermieden werden. Hierbei wird wie im früher genannten Prozess auf einer elektrophotographischen Schicht ein latentes elektrostatisches Ladungsbild erzeugt , welches nun aber vor seiner Entwicklung auf einen weiteren dielektrischen Träger übertragen und erst auf diesem Träger dem Entwicklungsprozess bekannter Art unterzogen wird. Bei diesem Ladungsbildtransfer-Prozess kommen die Entwicklerpartikeln nicht in Kontakt mit der elektrophotographischen Schicht, auf welcher das ursprüngliche latente Ladungsbild erzeugt worden ist. Dieser Ladungsbildtransferprozess ist. beispielsweise im US-Patent Nr. 2.825.814 und

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auch in der früher angegebenen Literatur beschrieben. Obwohl angenommen werden könnte, dass sich der Ladungsbildtransfer-Prozess als vorteilhafter als der Bildtransfer-Prozess erweisen sollte, hat sich der Ladungsbildtransfer-Prozess in der Praxis noch nicht durchgesetzt, möglicherweise wegen der Notwendigkeit eines dielektrischen Trägers für die Bilderzeugung anstatt eines normalen Papiers. Die Qualität der nach beiden genannten Prozessen erzeugten Bilder verschlechtert sich bei wiederholter Benutzung der gleichen Schicht.

Diese Verschlechterung der Bildqualität ist besonders ausgeprägt bei den elektrophotographischen Schichten des früher genannten organischen Typs.

Organische Schichten der genannten Art, beispielsweise solche aus Polyvinylcarbazol (PVCa), haben zwar den Vorteil geringerer Kosten und leichterer Herstellbarkeit verglichen mit anorganischen Schichten, aber die Verschlechterung der Bildqualität bei wiederholter Benützung der Schicht (Alterungseffekt) ist viel stärker ausgeprägt als bei anorganischen elektrophotographischen Schichten, wie beispielsweise Selenschichten,

Die Verschlechterung der Bildqualität kann in Zusammenhang gebracht werden mit der zeitlichen Abnahme des

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Dunkelwiderstandes und des Oberflächenpotenttals oder der Oberflächensättigungsspannung, auch als Oberflächen-Annahmepotential, Ladungsannahme-Spannung oder Sättigungsspannung bezeichnet. Es ist dies das maximale Oberflächenpotential, auf welches sich eine bestimmte Schicht aufladen lässt. Dieses wird im weiteren als "Sättigungsspannung" bezeichnet.Mit zunehmendem Gebrauch einer bestimmten Schicht wird der Kontrast der mit ihr erzeugten Bilder schlechter. Der Kontrast kann auch ausgedrückt werden durch die Potentialdifferenz, welche zwischen belichteten und unbelichteten Stellen der zuvor elektrisch aufgeladenen photoelektrischen Schicht erzielt werden kann.

Die Sättigungsspannung, der Dunkelwiderstand, die Oberflächenleitfähigkeit und das Kontrastpotential, sowie die örtliche Gleichmässigkeit und die zeitliche Konstanz derselben, werden hier als "elektrophotographische Eigenschaften" bezeichnet.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung liegt nun darin, ein Verfahren zur elektrischen Aufladung von Schichten, Insbesondere von Schichten für elektrographische bzw.

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elektrophotographische Prozesse zu schaffen, bei welchen die erwähnten Nachteile, d.h. die Alterungseffekte bzw. die Verschlechterung der elektropho'cographischen Eigenschaften, bzw. die bei längerem Gebrauch derselben Schicht sich ergebenden Verschlechterunger der damit erzeugten
Bildqualität nicht oder doch wesentlich weniger stark.

bzw. rasch auftreten. Die Aufladung der genannten Schichten soll also so erfolgen, dass die bei einer bestimmten
Schicht ursprünglich erreichten elektrophotographischen Eigenschaften bzw. die sich dadurch ergebende Bildqualifät auch bei oft wiederholter Benutzung der Schicht möglichst lange erhalten bleiben.

Da die genannten Älterungseffekte speziell bei organischen Schichten der genannten Art auftreten, erweist sich die vorllegende Erfindung beim Arbeiten mit solchen organischen elektrographischen Schichten als besonders vorteilhaft. Nach den bisher bekannten Verfahren zur Aufladung einer Schicht der genannten Art, etwa mittels einer Hochspannungskorona bekannter Art als Aufladeeinrichtung, zeigt der Anstieg der Schichtspannung V_c in Funktion des zur
Schicht messenden Stromes I_g bzw. der auf die Schicht übertragenen Ladung Q bei einer neuen Schicht beispiels—

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weise einen Verlauf nach Kurve A in Fig. L Die Schichtspannung V_c steigt anfänglich bis etwa zum Wert V annähernd linear an und nähert sich dann asymptotisch dem Wert V , welcher die ursprüngliche Sättigungsspannung der betroffenden Schicht in ihrem Neuzustand darstellt. V wird weiterhin als Neuwert der Sättigungsspannung bezeichnet.

Nach wiederholter Benutzung der gleichen Schicht verläuft der Spannungsanstieg schliesslich, beispielsweise nur noch nach Kurve B in Fig. 1. Der Abstand C in Fig. 1 stellt ein Mass für die eingetretene Verschlechterung bzw. für die Alterung der betreffenden Schicht dar*

In der Fig. 1 ist ferner ein Spannungsniveau ν_ς , eingetragen. Diese Spannung V<, , bezeichnet diejenige Schichtspannung V_s f bei· welcher die sogenannten Sekundärkoronaerscheinungen auftreten- Dies äussert sich zum Beispiel im Auftreten eines Sekundärkoronastromes I„ ,, in. der Fachliteratur auch anormaler Koronastrom genannt.

Unter dieser Sekundärkorona werden auch optisch wahrnehmbare, punktförmige Entladungen auf der Oberfläche- einer auf.·

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geladenen Schicht zwischen Stellen unterschiedlichen Potentials verstanden.

Es wurde nun ein starker Zusammenhang zwischen dem Auftreten solcher Sekundärkorona-Erscheinungen und dem Auftreten der im folgenden mit "Punktdefekte" bezeichneten Alterungseffekten gefunden. Diese Punktdefekte treten in den Kopien als kleine weisse Punkte in Erscheinung.

In der Fig. 2 zeigt eine Kurve D schematisch das Auftreten eines Sekundärkoronastromes I_c , , nachdem die Schicht-

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spannung V₀ den kritischen Wert V_Q , überschritten hat.

Aus dem Verlauf der Kurven A und B in Fig. 1 erkennt man, dass der die Alterung zum Ausdruck bringende Abstand C besonders oberhalb des Spannungswertes V^ ■ beträchtlich wird. Aus zahlreichen Versuchen wurde nun erkannt, dass die erwähnte Alterung der Schicht und die sich hieraus ergebende Abnahme der Bildqualität der damit erzeugten Kopien in erheblichem Ausmasse vermindert werden können, wenn man dafür sorgt, dass die Schicht stets nur auf einen möglichst kleinen, vorzugsweise nicht über dem Wert V' , liegenden Bruchteil von V aufgeladen wird, ja, dass man vorzugsweise noch möglichst unter diesem Wert bleibt.

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Dabei hat sich auch aus zahlreichen Versuchen gezeigt, dass auch mit einer solchermassen wesentlich schwächeren Aufladung der Schicht in elektrophotographischen Prozessen noch eine vollkommen ausreichende Bildqualität erreicht werden kann, indem man nämlich die Sattigungsspannung V der Schicht erhöht (zum Beispiel durch eine Erhöhung der Schichtdicke). Dadurch kann man die für einen bestimmten Kopierprozess notwendige Betriebsspannung V·, der Schicht einhalten, bei gleichzeitiger Reduktion des Bruches V-. /V auf den beschriebenen vorzugsweise kleinen Wert (kleiner als 1, das heisst V, < V). Es wurde nämlich gefunden, dass sich mit V auch die Spannungswerte

V₀ , und V_T erhöhen lassen und damit über einen bestimmten Sek L

vorgegebenen Spannungswert V, gebracht werden können.

Durch dieses neue Verfahren der Aufladung elektrophotographischer Schichten wurden zusammenfassend folgende Alterungseffekte deutlich vermindert:

a) das Absinken der Sattigungsspannung V₀* von ihrem Neuwert Vo mit steigender Zyklenzahl m, wobei m die Anzahl von Aufladungen mit anschiiessender Entladung durch Belichtung der Schicht bezeichnet;

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b) die durch Ermüdungs- bzw. Erholeffekte verursachten zeitlichen Schwankungen δ V^* der maximal erreichbaren Schichtspannung Vq* nach Ruhezeiten j

c) die örtlichen PotentialSchwankungen auf der Schicht;

d) die Punktdefekte.

In Fig. 3 zeigt eine Kurve E einen beispielsweisen Verlauf der Sättigungsspannung Vn* einer genannten Schicht in Abhängigkeit der Zyklenzahl m von Aufladungen mit jeweils anschliessender Entladung durch Belichtung der Schicht. Eine Kurve F bringt die beobachteten Erholeffekte zum Ausdruck. Damit sind die Potent Laischwankungen AV^* gemeint, welche bei vorübergehender Ruhezeit der Schicht festgestellt werden können. Im wesentlichen zeigen die Kurven E und F, dass die Spannung VV", auf welche sich eine bestimmte Schicht aufladen lässt, nur für eine relativ kleine Anzahl m, von Zyklen annähernd konstant, das heisst in einem Toleranzbereich AV bleibt. Ein solches Verhalten der Schicht» beziehungsweise ein solches Absinken der Sattigungsspannung V~* schon nach relativ wenigen Zyklen m,, ergibt nun keine gleichbleibende Qualität der mittels dieser Schicht in elektrophotogra phischen Verfahren erzeugten Bilder» auch wenn die Schicht-

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spannung an sich noch ausreichend **iir~, Zur Erreichung einer über eine grosse Zyklenzahl m gleich-massigen Bildqualität wäre demgegenüber ein möglichst horizontaler Verlauf der Sättigungsspannungskurve in Funktion von m erwünscht. Es wurde nun gefunden, dass es zur Erzielung einwandfreier Bilder nach elektrophotographxscher Methode gar nicht notwendig ist, die zur Verwendung gelangende Schicht stets bis in die Nähe ihrer Sättigungsspannung Y* (vergleiche Fig. 3 Kurven E und F) aufzuladen. Schon ein wesentlich geringerer Grad der Aufladung, etwa bis zum Werf V, (beziehungsweise Erhöhung des Wertes V und Reduktion des Bruches V,/V ) ist vollkommen ausreichend. Dieser Wert V-, liegt vorzugsweise im linearen Teil der Kurve A (Fig. 1) und vorzugsweise noch unter dem Wert Vo _k (vergleiche Fig. 1 und 2),das heisst demjenigen Spannungswert, ab welchem Sekundärkoronaeffekte auftreten. Hält man diese Bedingungen ein, also die Aufladung der Schicht stets nur bis zum Wert V-, , so verläuft die vom Ordinatenwert V, ausgehende Kurve G, welche die Abhängigkeit der Schichtspannung von der Zyklenzahl m darstellt, überraschenderweise nicht nur bis zu ihrem Schnittpunkt H mit der Kurve E annähernd horizontal, wie dies" zu er-

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warten wäre, sondern noch darüber hinaus bis zum Punkt I. Ab diesem Punkt I tritt dann ein rascher Abfall auf.

Dem Spannungswert V-, kann ein Toleranzbereich δ V, zugeordnet werden. Dieser markiert mit seiner unteren, durch eine Linie K dargestellten Grenze die für eine gerade noch ausreichende Bildqualität erforderliche Schichtspannung (diese entspricht dem Wert V. in Fig. 5 und 6).

Auch bei einer Aufladung der Schicht gemäss Kurve G treten Erholeffekte auf. Dies wird durch eine Kurve L veranschaulicht. Die Linie K schneidet die Kurve F in einem Punkt M. Diesem Punkt M ist eine Zyklenzahl n^ zugeordnet. Es wäre nun zunächst zu erwarten gewesen, dass auch bei Aufladung nach Kurve G m^ die dann erreichbare maximale Zyklenzahl darstellen würde. Es zeigt sich nun aber überraschenderweise, dass die bei Aufladung nach Kurve G tatsächlich erreichbare Zyklenzahl »U wesentlich höliei liegt, nämlich beim Schnittpunkt N der Linie K mit der Kurve L. Die Differenz mn-m, gibt den Gewinn an Zyklen an, welcher dank der verminderten Aufladung auf etwa V-, erzielt wird. Berücksichtigt man, dass die Fig. 3 die Zyklenzahl m in

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logarithmischem Massstabe darstellt, so erkennt man den beträchtlichen praktischen Vorteil dieses neuen Verfahrens der Aufladung der Schicht auf nur einen möglichst geringen Bruchteil des Neuwertes V der Sattigungsspannung. Es folgen später zahlenmässige Angaben über die beispielsweise erreichten Verbesserungen der erreichbaren Zyklenzahl durch Anwendung einer Teilaufladung auf einen definierten Bruchteil des Neuwertes V . Es wird später auch angegeben, wie eine solche Aufladung ausgeführt werden kann.

Es wurde durch ausgiebige Versuche auch gefunden, dass eine Kompensation der Alterungseffekte, mit anderen Worten eine Erhöhung der Zyklenzahl m bei gleichbleibender Bildqualität, ausserdem erzielt werden kann, wenn man die genannte Schicht mit einer im folgenden beschriebenen, gesteuerten Aufladeeinrichtung betreibt, die die Schichten bis möglichst nahe an den genannten Spannungswert V-, mit hohem Strom auflädt und erst bei Annäherung an diesen Wert die Stromzufuhr zur Schicht stark vermindert.

Die Fig. 4 zeigt in einer Kurve P den Verlauf des zur Schicht fliessenden Stromes Ι_ς in Funktion der Schichtspannung Vq wie er bei bekannten Aufladeeinrichtungen auf-

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tritt. Eine solche Aufladeeinrichtung ist beispielsweise beschrieben im US Patent No. 2777957. Dagegen zeigt eine Kurve R den nach vorstehenden Ausführungen angestrebten
Verlauf des Stromes Ig.

In der Fig. 4 stellt die Kurve B¹ den Zusammenhang zwischen dem Schichtstrom I„ und der damit erreichten Schichtspannung V . einer bestimmten gealterten Schicht dar. Man erkennt aus dem Schnittpunkt dieser Kurve B¹ mit den Kurven P und R, dass sich diese Schicht mit einer Aufladevorrichtung bekannter Art geniäss Kurve P nur bis zur Spannung V_pJ hingegen bei Aufladung nach dem vorliegenden erfindungsgesraässen Verfahren bis zur Spannung V_R aufladen lässt. Der Wert V_R liegt in diesem Falle an der unteren Grenze des
Toleranzbereiches λ V₁ , der Wert V_D entspricht damit dem
Wert V · in Fig. 5 und 6. Man erkennt aus Fig. 4, dass
nach dem erfindungsgemässen Verfahren die Aufladung im
Bereich S mit grösserer Stromstärke I«, erfolgt als mit
bekannten Aufladeeinrichtungen. Man "erkennt ferner, dass der Strom I_c zur Schicht mit der Annäherung an den
Steuerspannungswert V_q (^c^ liegt nahe bei V,, beispielsweise einige Prozente darunter) sehr rasch abnimmt, wenn

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die Schicht nach dem erfindungsgemässsn Verfahren auigeladen wird, dass aber, vergleiche Bereich U₃ bei bekannten Aufladevorrichtungen die Schicht, in ihrem Neuzustand, eine noch höhere Spannung, theoretisch bis zum Wert V„, annehmen kann.

In der Fig. 4 ist auch der Spannungswert V^ einer Steuerelektrode eingetragen, deren Bedeutung später erläutert wird. Die Spannung V„ liegt um einen Betrag δ Vo über diesem Spannungswert Vg.

In elektrophotographischen Reproduktionsgeräten wird eine rasche Bilderzeugung angestrebt, beispielsweise soll eine Kopie einer Vorlage innert weniger' Sekunden erzeugt werden. Da nun diese Bilderzeugung eine Reihe von Vorgängen erfordert, wie Aufladung einer Schicht, bildabhängige Belichtung der Schicht, Entwicklung eines hierdurch erzeugten latenter. Ladungsbildes und gegebenenfalls Fixierung des entwickelten Bildes, erkennt man, dass für jeden dieser Vorgänge nur eine sehr kurze Zeitspanne, beispielsweise nur 1 Sekunde, zur Verfügung steht. Demzufolge ist es auch wichtig, dass die vorgesehene elektrophotographxsche Schicht in einer

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sehr kurzen Zeitspanne T auf einen vorgegebenen Spannungswert, beispielsweise V,, aufgeladen werden kann. In den genannten Reproduktionsgeräten ist die aufzuladende Schicht beispielsweise auf einem endlosen Band aufgetragen, welches an einer Aufladeeinrichtung während der genannten Zeitspanne T vorbeigeführt wird. Während der Zeitspanne T legt die Schicht einen Weg S„ zurück, welcher der Länge der Aufladevorrichtung entspricht.

Der Aufladevorgang muss nun innerhalb der Zeitspanne T, beziehungsweise während der Zurücklegung des Weges S-, j vollzogen werden.

In der Fig. 5 zeigt die Kurve W den. Anstieg der Schichtspannung Vo während der Aufladezeit T für eine neueSchicht bei Anwendung einer bekannten Aufladeeinrichtung. Die Kurve X zeigt den gleichen Zusammenhang für eine gealterte Schicht.

Demgegenüber zeigt die Kurve Y den Anstieg der Schichtspannung Vg während der Aufladezeit T für eine neue Schicht, jedoch bei Anwendung einer Aufladeeinrichtung gemäss vorliegender Erfindung. Die Kurve Z zeigt den gleichen

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Zusammenhang für eine gealterte Schicht. Der Aufbau dieser neuen Aufladeeinrichtung wird später beschrieben. Man erkennt aus Figur 5, dass der untere Grenzwert des Toleranzbereiches aV-, , das heisst die für eine einwand

freie Bildqualität minimale Schichtspannung V · bei einer neuen Schicht mit der bekannten Aufladeeinrichtung gemäss Kurve W im Zeitpunkt t„ erreicht wird. Im späteren Verlauf der Zeitspanne T übersteigt dann die Schichtspannung den für gute Bildqualität festgelegten Toleranzbereich äV-, , was unerwünscht ist. Demgegenüber erlaubt eine bekannte Aufladeeinrichtung, wie aus Kurve X ersichtlich ist, bei einer in gewissem Masse gealterten Schicht keine Aufladung auf V · innerhalb der zur Verfügung stehenden Zeitspanne T.

Bei starker Alterung würde der Wert V- auch bei beliebig langer Aufladezeit überhaupt nicht mehr erreichbar sein. Nach Figur 5 beträgt der Unterschied zwischen dem erreichten Potential der neuen Schicht und dem der gealterten Schicht AV, wobei dieser Unterschied ÄV wesentlich grosser ist als der Toleranzbereich 4V,.

Mit bereits bekannten Aufladeeinrichtungen ist es prinzipiell wohl möglich, entweder eine neue oder eine

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gealterte Schicht nahe an den Wert V₁ aufzuladen, es kann aber nie beides mit der gleichen Aufladeeinrichtung erfüllt werden; der Potentialunterschied δ V bleibt in jedem Falle grosser als der Toleranzbereich äV-, . Mit anderen Worten: bekannte Aufladeeinrichtungen können entweder einen genügend hohen Strom Ig oder eine gute Steuerung des Stromes I_ liefern, nicht aber beides zugleich, wie dies zur Ausführung des vorliegenden Verfahrens erforderlich wäre. Dies wird später anhand der Beispiele noch weiter erläutert.

Mit einer Aufladeeinrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird der Wert V . bei einer neuen Schicht gemäss Kurve Y bereits im Zeitpunkt t„ erreicht und trotzdem wird der Toleranzbereich /N-, auch bis zum Ablauf der Zeitspanne T nicht überschritten. Bei einer in gleichem Ausmass wie für Kurve X gealterten Schicht wird hingegen mit der neuen Aufladeeinrichtung der Wert V - bis zum

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Ablauf der Zeitspanne T gerade noch erreicht.

Der Potentialunterschied ^V¹ zwischen neuer und gealterter Schicht ist hier also wesentlich kleiner als mit der bekannten Aufladeeinrichtung und, was entscheidend ist, der Unterschied ^V' ist kleiner als der Toleranzbereich

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Das Verfahren ermöglicht somit nicht nur eine Reduktion der Alterung der Schicht zufolge der Aufladung auf nur einen Bruchteil des Neuwertes der Sättigungsspannung (vergleiche Figur 3), sondern auch zusätzlich eine Kompensation der eingetretenen Alterung durch einen gesteuerten Aufladevorgang, welcher anhand von Figur 4 beschrieben wurde. Diese Kompensation wird im wesentlichen dadurch erreicht, dass die Schicht zuerst mit starkem Schichtstrom I„ sehr schnell bis nahe an den Wert V, aufgeladen wird, worauf anschliessend mit gegen den Wert der Steuerspannung V— stark abnehmendem Strom eine Weiterladung auf angenähert V, bis zum Ablauf der Zeitspanne T erfolgt.

Die Figur 6 zeigt den Spannungsanstieg in Funktion des Weges S den die Schicht - an einer Aufladeeinrichtung vorbei - zurücklegt. Dabei bezeichnet S_T den Weg der in der Zeit T (vergleiche Figur 5) zurückgelegt wird. Die Kurven Y¹ und Z¹ gelten wie bei Figur 5 sinngemäss für neue und gealterte Schichtmund die neue Aufladeeinrichtung gemäss vorliegender Erfindung. Dabei bezieht sich Figur 6 zusätzlich auf eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, welche später

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noch erläutert wird. Durch diese weitere Ausgestaltung der Erfindung wird dem Anstieg der Schichtspannung in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg der noch günstigere Verlauf gemäss Kurve Y" für eine neue und gemäss Kurve Z" für eine gealterte Schicht verliehen. Die wesentliche Verkürzung der Wegstrecken Sy,, gegenüber S_{v t} beziehungsweise S„_)t gegenüber Sy₁ und vor allem auch die Reduktion des Potentialunterschiedes ^V" gegenüber aV, lässt die durch die weitere Ausgestaltung der Erfindung erzielte Verbesserung erkennen.

Bevor nun auf die Beschreibung der Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens übergegangen wird, folgt eine Zusammenstellung vorteilhafter Varianten des Verfahrens.

Es ist vorteilhaft, dem genannten Spannungswert V, einen bestimmten Toleranzbereich aV-, , der dem nutzbaren Potentialbereich für gute Bildqualität entspricht, zuzuordnen. Dieser Toleranzbereich aV-, wird im allgemeinen vorteilhafterweise höchstens zu 30%, bezogen auf V,, gewählt. Der Bruchteil des Neuwertes V auf den die Schicht aufgeladen wird, wird vorzugsweise höchstens zu 50% derselben gewählt. Vorzugsweise wird der Wert V-. auf den die Schicht aufgeladen wird, so gewählt, dass er noch im linearen

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Teil der Aufladekurve der neuen Schicht liegt, vergleiche Kurve A Figur 1. Es ist besonders vorteilhaft, den Wert V-, kleiner oder jedenfalls nicht wesentlich höher zu wählen als derjenige Spannungswert ν_ς ,, ab welchem auf der Schicht Sekundärkoronaerscheinungen auftreten. Beispielsweise wird V, höchstens so viel über V_c , gewählt, dass der dabei auftretende Sekundär-

koronastrom I_c , höchstens 10 % des zur Schicht fliessen-Sek

den Stromes beträgt.

Die Figur 7 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Ausführung des genannten Verfahrens. Dieses erste Ausführungsbeispiel kann als eine Grundausführung der Vorrichtung betrachtet werden, welche durch weitere Ausgestaltungen noch verbessert werden kann. Die Vorrichtung als Ganzes ist mit 1 bezeichnet. Eine vorzugsweise geerdete Halteeinrichtung 2, beispielsweise eine Platte oder ein endloses Band, trägt die aufzuladende Schicht 3, welche beispielsweise aus Polyvinycarbazol besteht. Der Halteeinrichtung 2 beziehungsweise der Schicht 3 ist eine Aufladeeinrichtung zugeordnet. Diese Aufladeeinrichtung 4 weist beispielsweise eine Gleichspannungs-*

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Hochspannungsquelle 5 auf, deren einer Pol 6 geerdet und deren anderer Pol 7 über eine Leitung 8 mit einer Koronaelektrode 9 verbunden ist. Die Koronaelektrode 9 besteht vorzugsweise aus dünnen Drähten, zum Beispiel von 75 u Durchmesser. Die Hochspannungsquelle 5 führt der Koronaelektrode 9 eine Gleichspannung von beispielsweise 15 kV zu, deren Polarität je nach gewünschter Polarität der Schichtaufladung gewählt.wird.

Die Koronaelektrode 9, es können auch mehrere mit der Hochspannungsquelle 5 verbundene Elektroden sein, ist beispielsweise zwischen zwei Seitenwänden 10 und 10' der Aufladeeinrichtung 4 ausgespannt. Bei Seitenwänden, welche vorzugsweise aus Isoliermaterial bestehen, können die Koronaelektroden 9 unmittelbar an diesen befestigt sein,

Das Gehäuse der Aufladeeinrichtung 4 ist durch einen Deckel 12 abgeschlossen. Am unteren Rand der Seitenwände 10 und 10' und/oder an eine (in Figur 7 nicht gezeichnete) Vorder- oder Rückwand 11 beziehungsweise II¹ ist eine Steuerelektrode 13 angeordnet. Die Steuerelektrode 13 weist beispielsweise mit kleinem Abstand zueinander parallel verlaufende oder gitterförmig angeordnete dünne Drähte auf,

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oder sie ist als ein fein perforiertes Blech oder dergleichen ausgebildet. Die lichte Weite der Oeffnungen in der Steuerelektrode 13 ist mit w bezeichnet. Die Steuerelektrode 13 ist über eine Leitung 14 mit dem einen Pol einer vorzugsweise regelbar ausgebildeten Steuerspannungsquelle 16 mit der Spannung Vg_t verbunden, deren anderer Pol 17 geerdet ist. Die Polarität der Steuerspannung V„_t wird gleich gewählt wie diejenige der Koronaelektrode.

Damit die Steuerelektrode 13 möglichst eben wird, kann sie auch auf einen separaten Rahmen aufgespannt sein, der dann an den Koronawänden befestigt wird. Zwischen der Koronaelektrode 9 und dem Deckel 12 besteht ein Abstand d-, , zwischen der Koronaelektrode 9 und der Steuerelektrode 13 ein Abstand dy und zwischen der Steuerelektrode 13 und der Schicht 3 ein Abstand do·

Für die Figur 7 ist angenommen, die Schicht 3 bewege sich mit ihrer Halteeinrichtung 2 senkrecht zur Zeichenebene, beispielsweise nach hinten, wie dies durch einen Pfeil 18 angedeutet ist. Da der Abstand do zwischen der Steuerelektrode 13 und der Schicht gemäss vorliegender Erfindung sehr klein ist, nämlich höchstens 4 mm", vor-

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zugsweise jedoch nur etwa 1-2 mm, kann es vorteilhaft sein, seitliche Führungselemente 25 zur Abstandswahrung vorzusehen. Solche Führungselemente 25 können beispielsweise aus hochwertigem Isoliermaterial mit niedrigem Reibungskoeffizienten wie Teflon und dergleichen bestehen. Es ist dabei wichtig, dass die Steuerelektrode 13 möglichst genau aequidistant in geringem Abstand do zur Schicht 3 angeordnet ist_fund dass die lichte Weite w der Oeffnungen der Steuerelektrode 13 mindestens in einem Teil derselben kleiner als 1,7 mm ist. Nur bei Einhaltung dieser Dimensionierungsvorschriften werden die durch die vorliegende Erfindung beabsichtigten Wirkungen erzielt. Es sind nämlich ausserlieh ähnliche Aufladeeinrichtungen bereits bekannt (vergleiche beispielsweise US Patent 2777 957 Walkup), welche jedoch zufolge ihrer Struktur beziehungsweise Anordnung die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe nicht zu lösen vermögen. Bei einer Anordnung nach vorliegender Erfindung werden bei der Aufladung der Schicht 3 im neuen wie auch im gealterten Zustande Schichtspannungen Vn erreicht, welche beide nahe beim angestrebten optimalen Wert V-, liegen, wie dies anhand von Figur 5 und 6 beschrieben

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wurde. Um dies zu erreichen, muss die Steuerspannung V_St der Steuerelektrode 13 beziehungsweise der Steuerspannungsquelle 16 nahe dem Wert V, gewählt werden, beispielsweise etwa 5 % über dem Wert V₁. Die Steuerspannung V_c beträgt

1 ot

beispielsweise etwa 800 Volt.

Der Abstand dg wird dann nur knapp über dem Wert gehalten, der sich als Durchbruchsabstand zur Schicht 3 für die Steuerspannung V_gt ergibt, vorzugsweise weniger als 3 mal so gross. Es ergibt sich dann für do beispielsweise ein Wert von etwa 1 Millimeter. Ausserdem wird die lichte Weite w der Oeffnungen sehr klein gewählt, vorzugsweise etwa 0,8-1,2 Millimeter. Zufolge des kleinen Abstandes do und der geringen lichten Weite w ergibt sich ein genügend hoher Strom I_c zur Schicht bei gleichzeitiger guter Steuerung desselben.

Die Figur 8 zeigt einen rechtwinklig zur Darstellung der Figur 7 verlaufenden Querschnitt durch die Vorrichtung 1. Daraus ist der Abstand d^. zwischen den einzelnen Koronadrähten 9 und der Randabstand dr zur Vorderwand 11 beziehungsweise zur Rückwand II¹ der Vorrichtung 1 ersichtlich (der Vollständigkeit^halber sind die Hochspannungs-

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quelle 5 und die Steuerspannungsquelle 16 mit ihren Verbindungen auch in Figur 8 dargestellt).

In Figur 8 und 9 sind auch die in den Aufladeeinrichtungen fliessenden Ströme I . I_n und I₀ schematisch eingezeichnet.

OK ο

Dabei bezeichnen I und I_n die Ströme, die von der

ο κ

Koronaelektrode 9 zur Steuerelektrode 13 beziehungsweise zum Deckel 12 flLessen. I„ ist der Strom der von der Steuerelektrode 13 zur Schicht 3 fliesst.

Die Figur 9 zeigt in einer Detaildarstellung den Abstand a zwischen den Drähten der Steuerelektrode 13, die Dicke f dieser Drähte, die lichte Weite w der sich ergebenden Oeffnungen und den Abstand do zur Schicht 3,

Um nun eine gute Aufladecharakteristik, wie beispielsweise in Figur 5 durch die Kurven Y und Z beziehungsweise in Fig. 6 durch die Kurven Y¹ und Z' dargestellt, erzielen zu können, ist es notwendig, dass die Aufladeeinrichtung eine wie in Fig. 4 durch die Kurve R dargestellte Stromcharakteristik I„ (V„) abgibt, also einen genügend hohen und genau gesteuerten Strom I„ zur Schicht. Dies erfordert neben der schon besprochenen Steuerung durch die Steuerelektrode 13 auch einen hohen Strom I zur Steuerelektrode hin, was mit einer Hochstromkorona

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erreicht werden kann. Unter Hochstromkorona wird hier verstanden: eine mehrdrähtige Koronaladeeinrichtung, die die im Folgenden beschriebenen Merkmale aufweist, um damit einen hohen Strom I , sowie eine hohe Strom-

dichte I /cm zu erzielen. Es erfordert einmal

optimale Abstände der Koronadrähte zueinander sowie zu den Wänden. Bei einer Vorrichtung mit isolierenden Wänden , nach Figur 8, beispielsweise mit d2=l5 Millimeter: d^ « d2 und dr« d^.

Damit ein Koronadraht einen möglichst hohen Strom abgibt, muss er mit einer möglichst hohen Spannung, das heisst, möglichst nahe der Durchbruchspannung betrieben werden. Da dieser Strom gegen die Durchbruchspannung hin aber sehr stark ansteigt, muss bei mehrdrähtigen Koronaelektroden 9 die Durchbruchspannung überall und für alle Drähte möglichst gleich sein, so dass die Koronaelektrode betriebsmässig mit einer nur wenig unterhalb der Durchbruchspannung liegenden Spannung betrieben werden kann, ohne dass lokale Durchschläge auftreten und so, dass überall der gleiche hohe Strom abgegeben wird. Um dies zu erreichen, ist insbesondere das Randfeld an

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den äussersten Koronadrähten zu kompensieren. Erfindungsgemäss kann dies durch die Anwendung isolierender Vorder- und Rückwände 11 und 11' in vorzugsweise experimentell ermitteltem, optimalem Abstand de erreicht werden (dt- *~ d^) . Bestehen Vorder- und Rückwand aus leitendem Material, so hat sich eine paarweise Anordnung der Koronadrähte, wie sie für Fig. 10 beschrieben wird, als vorteilhaft für die Erreichung einer für alle Drähte möglichst gleichen Durchbruchspannung erwiesen. '

Bei solchen Hochstromkoronaanordnungen tritt oft ein Schwingen der Koronadrähte auf. Dieser Effekt begünstigt natürlich einen Spannungsdurchbruch und ist deshalb tunlichst zu bekämpfen. Dies kann beispielsweise durch entsprechend straffe Spannung der Drähte geschehen und/ oder durch Abstützung der Drähte. Vor allem aber kann dieses Schwingen unterbunden werden, wenn der Totalstrom

I_D + I verkleinert wird, indem der Strom zum Deckel I„ KO κ

möglichst klein gemacht wird, bei gleichbleibendem Strom I , Dies kann erreicht werden, indem bei leitendem Deckel 12A und 12D wie in Fig. 10 der Abstand d, grosser gewählt wird als der Abstand dyt beispielsweise d, =1,5 bis 2.d_?, oder indem ein isolierender Deckel verwendet wird wie in Fig.

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Isolierende Wände und Deckel müssen dabei aus koronaresistentem Material bestehen, beispielsweise aus Teflon, Kapton oder, mit gewissen Einschränkungen, auch aus Plexiglas. Die Reduktion des Stromes I_R beinhaltet auch den weiteren Vorteil, dass damit die Ozonproduktion der Korona verringert wird.

Anhand der Fig.- 10 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel beschrieben. Hier ist die Vorrichtung als Ganzes mit IA bezeichnet und dadurch gekennzeichnet, dass eine Haltevorrichtung 2a als endloses Band, beispielsweise ein metallisiertes Nylonband, ausgebildet ist, welches eine flexible aufladbare Schicht 3A, beispielsweise aus Polyvinylcarbazol trägt. Die Aufladeeinrichtung 4a ist dadurch charakterisiert, dass deren Koronaelektrode 9A aus paarweise im Abstand dv- gespannten Drähten 9A¹ und 9A" besteht, wobei der Abstand dy zwischen zwei benachbarten Paaren grosser ist als d,-. Der Randabstand do zu den leitenden Wänden 11 und 11' wird vor allem im Hinblick auf die Randfeldverzerrung gewählt» und zwar so, dass sich wieder eine möglichst gleichmässige Durchbruchspannung ergibt. Günstige Abstandswerte sind bei-

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spielsweise für dy = 15 Millimeter und d,- = 12 Millimeter:

2dg und d_g <» d-,.

Gemäss Fig. 10 weist der Deckel 12A der Aufladeeinrichtung 4a eine zentrale Oeffnung 12B auf, bei welcher der Deckel 12a einen rohrförmigen Ansatz 12C aufweist. Es ist weiter eine perforierte Platte 12D vorgesehen.

Als Steuerelektrode sind zwei am gleichen Potential V~ liegende Steuerelektrodenabschnitte 13A und 13B, den Weglängen S, und S^ in Fig. 6 entsprechend, vorgesehen, wobei die lichte Weite w im Abschnitt 13A grosser ist als im Abschnitt 13B. Während nun die zunächst ungeladene Schicht 3a in Richtung des Pfeiles 18 an der Aufladeeinrichtung 4A vorbeiläuft, wird sie zufolge der grösseren lichten Weite mit relativ starkem, grobgesteuertem Strom I„ aufgeladen. Und zwar wählt man die Ausdehnung des Bereiches 13A so, dass eine neue Schicht 3A an der Stelle 22 den Wert V, fast erreicht hat, beispielsweise zu etwa 90%. Während des weiteren Durchlaufes im Bereich 13B mit der kleinen lichten Weite fliesst nur noch ein reduzierter, feingesteuerter Strom Ι_ς zur Schicht und lädt diese sehr genau auf den Wert V, weiter auf. Die Aufladung auf den

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angestrebten Spannungswert V, erfolgt somit in zwei Phasen. Eine weitere Verbesserung kann u.U. erzielt werden, wenn der erste Steuerelektrodenabschnitt 13A eine beispielsweise um 5-10% geringere Steuerspannung aufweist als der zweite Abschnitt 13B.

Zur möglichst konstanten Einhaltung des für eine gute Steuerwirkung massgeblichen Abstandes do müssen Schicht und Steuerelektrode möglichst eben sein und parallel zueinander verlaufen, das heisst, Schwankungen des Abstandes d-, sollen möglichst klein gehalten werden. Diese Anforderung ist besonders für eine flexible Schicht und Ilaltevorrichtung (die dazu neigen, sich einzurollen) wie sie in Fig. 10 verwendet werden·, nicht einfach zu erfüllen. Es müssen geeignete Führungsmittel angewendet werden. Beispielsweise wird hier die Haltevorrichtung 2A von links kommend, unter einer Führungswalze 19 vorbei, rechts über ein zylindrisch gebogenes Führungsstück 21 gezogen. Die Führungswalze ist mittels eines Stützarms 20 in exakter Lage zur Aufladeeinrichtung 4a, beziehungsweise zu deren Steuerelektrode 13A, 13B fixiert. Durch diese Führung der

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Halteeinrichtung 2A beziehungsweise des Nylonbandes ergibt sich über die ganze Lange 1 eine weitgehend parallele Lage zur Steuerelektrode 13A, 13B. Zusätzliche Längsführungselemente 25 wie in Fig. 7 angedeutet, bringen eine weitere Verbesserung. Eine noch bessere Konstanthaltung des Abstandes do kann dadurch erreicht werden, dass eine flexible Schicht und Haltevorrichtung unter leichtem Zug über eine zylindrisch gebogene, feste Führungsunterlage, die aquidistant zu einer ebenso gebogenen Steuerelektrode verläuft, geführt werden. Der Biegeradius kann hier sehr gross sein und mehrere Meter betragen.

Auf den rohrförmigen Ansatz 12C ist ein Schlauch 23 gestülpt, welcher mit einer nicht gezeichneten Absaugvorrichtung bekannter Art verbunden ist. Mindestens während des Betriebs der Koronaelektrode wird dadurch Luft aus der Aufladeeinrichtung 4a abgesogen . Hiedurch ergibt sich eine in Richtung der Pfeile 24 verlaufende Strömung, welche im Wesentlichen von der Schicht 3A zur Koronaelektrode gerichtet ist. Dadurch werden die sonst die Alterung wesentlich verstärkenden chemisch aggresiven Produkte der Koronaentladung, wie beispielsweise Ozon, weitgehend

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von der aufzuladenden Schicht 3 beziehungsweise 3A weggehalten. Auch durch diese Massnahme wird die mögliche Zyklen zahl wesentlich erhöht, beispielsweise wurde eine Erhöhung der Lebensdauer um einen Faktor IO gefunden.

Mit Vorrichtungen gemäss vorliegender Erfindung, wie sie beispielsweise anhand der Fig. 10 beschrieben worden sind, wurden die Aufladecharakteristiken Y" und Z", vergleiche Figur 6, erzielt. Man erkennt, dass der Wert V . .bereits nach Zurücklegung des Weges S " erreicht wird und dass im weiteren Durchlauf die Aufladung sehr genau auf den Wert V, erfolgt. Auch eine gealterte Schicht wird auf relativ kurzem Weg S *' auf V ■_ aufgeladen, und sie wird im weiteren Durchlauf auf eine im Toleranzbereich AV-, liegende Spannung nachgeladen, so dass der Potentialunterschied AV" wünschbar klein wird.

Nach dem erfindungsgemässen Verfahren und mit erfindungsgemässen Vorrichtungen wurden erhebliche Verbesserungen bezüglich der möglichen Zyklenzahl und der Bildgleichmässigkeit erzielt, wie dies aus den nachfolgend erwähnten

Beispielen ersichtlich ist.

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Die in Beispiel 1 und 2 beschriebenen Alterungsexperimente wurden folgendermassen ausgeführt: organische elektrophotographische Polyvinylcarbazol Schichten wurden 20 mal pro Minute mittels Koronaaufladeeinrichtungen auf ein bestimmtes Potential V-. , beziehungsweise mit einem bestimmten Strom Ι_ς, aufgeladen und anschliessend durch Belichtung entladen. Einem Ladestrom Ig von 100 uA entspricht dabei eine in einem Zyklus auf die Schicht gebrachte Ladung Q₁ von 8.10" C/cm .

Standard Schichten: mit 3% Tetranitrofluorenon sensibilisierte Polyvinylcarbazolschichten, in Dicke von 5 u auf Aluminiumelektroden. Neuwert der Sättigungsspannung V_o s» 900 V.

Dicke Schichten: erhöhte Schichtdicke (»18 u) , V_Q~ 2200 V. Die Lebensdauer ist definiert als die Zyklenzahl m, bei der die Sattigungsspannung V,,* auf den Wert V, gesunken ist (bei 50% relativer Feuchtigkeit und nach 1-3 Tagen Erholzeit), das heisst, die Zyklenzahl m für die der Wert ν, gerade noch erreicht werden kann. Dies entspricht m, beziehungsweise m~ in Fig. 3.

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1. Beispiel (Lebensdauererhöhung)

V, konstant gehalten während der Alterung.

Standard Schicht en: V, ^vi/^v _o ^ek Lebensdauer ca.

starke Alterung 800 V 0,9 hoch In₁= 200 Zyklen

schwache Alterung 300 V 0,3 0 In₃= 8000 Zyklen

Dicke_Schichtι

schwache Alterung 800 V 0,35 0 Fn₃=IOOOO Zyklen

Die Lebensdauer wird also drastisch erhöht durch Reduktion des Bruches V-, /V , wobei dies erzielt werden kann durch

Reduktion von V-, oder durch Erhöhung von V . Dies gilt

auch für das folgende Beispiel:

2. Beispiel (Punktdefektreduktion)

Nach Alterung mit konstantem Ladestrom Ι_ς (wobei V, sinkt), wurden die Punktdefekte bestimmt durch Herstellen von elektropliotographischen Kopien mit den gealterten Schichten unter standardisierten Bedingungen. Der Alterungseffekt wird charakterisiert durch n, die auf den Kopien auftretende Anzahl Punkte pro cm .
Resultat:

- η nimmt mit der Zyklenzahl m zu

- η nimmt sehr stark mit der Intensität der Alterung zu,

das heisst, mit I und I_c

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Es wurde gefunden, dass durch schwache Alterung die Punktdefekte sehr stark reduziert werden können, speziell wenn der Sekundärkoronastrom Iogi^O, beziehungsweise V-, kleiner als Ve _k ist (siehe Fig. 2). Dies wird auch aus den folgenden experimentellen Daten deutlich:

- starkgealtert, während m=25OO Zyklen:

¹S ¹SeIc V^neu) Standard Schicht 150 jjA 4o uA 800 V 100 Punkte/cm

- schwach gealtert, m= lOOOO Zyklen:

2 Standard Schicht 18 pk 0 300 V 5 Punkte/cm

dicke Schicht 40 pA 0 800 VO" Wieder kann durch Erhöhung von V , bei ungeändertem V,, mittels dicker Schichten eine starke Reduktion der Alterung erzielt werden.

3. Beispiel (Steuerung)

Optimale Steuerung eines hohen Stromes I_s, wie dies durch die Kurve R in Fig. 4 dargestellt wird, ermöglicht eine gute Kompensation der Alterungseffekte und damit die Ausführung des Verfahrens: Eine sich im Laufe der Alterung verändernde Schicht auf ein möglichst konstantes Potential

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V, < V aufzuladen. Dies erfordert einmal einen hohen Io

Strom I zur Steuerelektrode hin, was die beschriebenen Hochstromkoronaeinrichtungen liefern, und weiter einen möglichst hohen Stromdurchlass i=I„/l , sowie eine gute* Steuerwirkung der Steuerelektrode. Die Steuerwirkung (oder Steuerung) kann charakterisiert werden durch die Steilheit i¹ der· Strom-Spannungscharakteristik i(Vq) der Steuerelektrode, beim Spannungswert Vo_r der Steuerspannung. Diese Steilheit wird zweckmässigerweise definiert als i'=d(log i)/dVo· Die Steuerung wird weiter charakterisiert durch die Potentialdifferenz AV₀=V₁₁-V₀₁.(Fig.4) . V₁₁ ist definiert als die Spannung für die i=0,01 wird. Um hohen Stromdurchlass i und gute Steuerung zu erzielen, kommt es ganz entscheidend auf den Abstand do zwischen Steuerelektrode und Schicht, sowie auf die lichte Weite w der Oeffnungen in der Steuerelektrode an. Dies geht aus der folgenden Gegenüberstellung von experimentell ermittelten Werten für bekannte (nach US Patent 2 777 957) und neue Steuerelektroden gemäss vorliegender Erfindung deutlich hervor:

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bekannte d₃ w i(V_St-600V) t«(V_St) äV_s

/V + 1000 V

(AV »300 V)

Steuerelektroden: 6,3 mm 4 mm 0,4 0,05.10 /V + 1000 V

6,3 " 5*1,4 " 0,1 1 " - 100 V

neue 2 " 0,7 " 0,25

cd Steuerelektroden: 2 " 1,4 " 0,4

öo 1 " 0,5 " 0,3

ο 1 " 0,7 " 0,35

"° 1 " 1,4 " 0,55

4	Il	- 20 V	kVr & 70 V)	CN
1	Il	+ 10 V	AV" ss 40 V)	I
6	Il	- 10 V
4	Il	(, 0 V
1	11	+ 30 V

wünschbar wäre etwa für hohen Strom: i > 0,2 und für gute Steuerung· i· > 10"²/V, /4V/<50 V.

H 1S3

? CO

ο ^ω

ω co

- 47 Es wurde gefunden, dass mit

- sinkendem Abstand do : i stark steigt; ohne dass die

Steuerung wesentlich ändert, während mit

- sinkender Weite w: i auch sinkt, die Steuerung

aber besser wird.

Deshalb muss d~ möglichst klein gewählt und w danach optimiert werden. Nur dadurch können die beiden Anforderungen hoher Strom sowie gute Steuerung gleichzeitig erfüllt werden, wie es zur erfindungsgemässen Ausführung des Verfahrens notwendig ist. Schon bekannte Vorrichtungen können - wegen nicht definiertem, beziehungsweise zu grossem Abstand do - nicht beide Bedingungen gleichzeitig erfüllen, und deshalb nicht gleichzeitig sowohl neue als auch gealterte Schichten auf annähernd denselben Wert aufladen. Dies wird durch die Potentialunterschiede ΔΥ, äV¹ und /IV" (vergleiche Fig. 5 und 6) ausgedrückt, die ja innerhalb des Toleranzbereiches AV-. liegen sollten. In diesem Beispiel wäre AV^ix 100-150 V, womit ^V (bekannte Aufladeeinrichtung) wieder viel zu gross ist, δV und ^V" (für vorliegende Einrichtungen) aber kleiner als ^V,- sind.

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Claims (22)

1. Patentansprüche

   dadurch gekennz eichnet, daß die aufzuladende Schicht auf einen Spannungswert aufgeladen wird, welcher nur ein Bruchteil des Neuwertes der Sattigungsspannung der genannten Schicht ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem genannten Spannungswert (V.) ein bestimmter Toleranzbereich (4V/|) zugeordnet ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem genannten Spannungswert (V,,) ein Toleranzbereich (A V^) zugeordnet ist, welcher höchstens 30 % bezogen auf den Spannungswert beträgt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungswert (Vyj) höchstens 50 % des Neuwertes (V ) der Sattigungsspannung der aufzuladenden Schicht beträgt.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungswert (V-) im linearen Teil der Aufladekurve (Fig. 1) für eine neue Schicht liegt.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungswert (V,.) nicht höher liegt als derjenige Spannungswert (Vg₆]J-) ab welchem auf der Schicht Sekundärkoronaerscheinungen auftreten.

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7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichn e t, daß der Spannungswert (V,.) höchstens so hoch gewählt wird, daß der dann auftretende Sekundärkoronastrom (Ig , ) höchstens ΊΟ % des zur Schicht fließenden Stromes (Ig) "beträgt.
8. 8. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Halteeinrichtung (2) für die Aufnahme der aufzuladenden Schicht (3), eine dieser Halteeinrichtung (2) bzw. Schicht (3) zugeordnete Aufladeeinrichtung (4-), wobei diese Aufladeeinrichtung (4-) Steuerungsmittel (13,16) aufweist, zur Einstellung der auf der Schicht (3) mit der Aufladeeinrichtung (4) erzielbaren Spannung (Vg) auf den genannten Spannungswert (V^), wobei die Steuerungsmittel (13>16) eine Öffnungen aufweisende Steuerelektrode (13) enthalten, und die Steuerelektrode (13) äquidistant zur Schicht (13) auf der der Aufladeeinrichtung (4) zugewendeten Seite der Schicht (3) angeordnet ist, wobei der Abstand (d*) der Steuerelektrode (13) von der Schicht (3) kleiner als vier Millimeter ist und die Weite (w) der Öffnungen der Steuerelektrode (13) mindestens in einem Teil (13B) derselben kleiner als 1,7 Millimeter ist*
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (d,) der Steuerelektrode (13) von der Schicht (3) höchstens 3 mal so groß ist wie der Durchbruchsabstand von der Steuerelektrode (13) zur Schicht (3).
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (d,) der Steuerelektrode (13) von der Schicht (3) höchstens 3 Millimeter ist.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Führungselemente (25, 19, 21) zur Begrenzung von Abstandsschwankungen zwischen Steuerelektrode (13) und Schicht

    ^C5)" 409818/1047
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite (w) der Öffnungen in der Steuerelektrode (13) kleiner als 1,2 mm ist.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine aus parallel angeordneten Drähten "bestehende Steuerelektrode (13)·
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Steuerelektrode (13)» welche aus unter sich vermaschten Drähten besteht.
15. 15· Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Steuerelektrode mit Drähten, deren Durchmesser (f) höchstens 0,1 mm ist.
16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Steuerelektrode (13)> bei welcher auf die Öffnungen insgesamt mindestens 7/10 der Fläche fallen, über welche sich die Elektrode (I3) erstreckt.
17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Steuerelektrode (13)» welche Zonen unterschied licher Maschenweite aufweist.
18. 18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Zone (13A) der Steuerelektrode (13) die lichte Weite (w) der Öffnungen größer ist als in einer zweiten Zone (13B) und zwar höchstens 2 mm in der ersten Zone (13A) und höchstens 1,5 in der zweiten Zone (13B).
19. 19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte ersten Zone (13A) eine kleinere Flache hat als die zweite Zone (13B).

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20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (13) mindestens zwei Zonen aufweist, welche an unterschiedliche Potentiale angeschlossen werden.
21. 21. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladeeinrichtung (4) eine Hochstromkorona aufweist.
22. 22. Anwendung.des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche zur wiederholten Aufladung von elektrographischen Schichten.

    4098 18/10*47

    sz

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