DE2536902A1

DE2536902A1 - Feuchtigkeitsfeste spannungsuebertragungselemente

Info

Publication number: DE2536902A1
Application number: DE19752536902
Authority: DE
Inventors: Joseph A Swift
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1974-09-09
Filing date: 1975-08-19
Publication date: 1976-03-18
Also published as: JPS5159636A; FR2284145B3; CA1053968A; NL7510532A; FR2284145A1

Description

I)R. ING. E. HOFFMANN · DIPJL. IVG W. >'JVi.E ■ DR. "HR. XAT. K. HOFFMAXX

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27 126 Xerox Corporation, Rochester N.Y. / USA

Feuchtigkeitsfeste Spannungsübertragungselemente

Die vorliegende Erfindung betrifft die Elektrofotografie, insbesondere elektrisch stabile Apparaturen zum Übertragen von Tonerbildern von einer Oberfläche auf die andere.

In der bekannten elektrofotografischen Xerografie wird eine fotosensitive Platte, die aus einem fotoleitfähigen Überzug, aufgetragen auf einen leitfähigen Träger, besteht gleichmässig aufgeladen und die Ladungsplatte dann einem Lichtbild (light image) eines Originals ausgesetzt. Unter dem Einfluss

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des Lichtbildes wird die Ladung auf der Platte selektiv zerstreut,um die Eingangsszeneninformation in originaler Fassung auf der Platte in Form eines latenten, elektrostatischen Bildes bzw. einer latenten, elektrostatischen Abbildung aufzuzeichnen. Das latente Bild wird entwickelt oder sichtbar gemacht, indem entgegengesetzt geladene Tonerpartikelchen auf die Plattenoberfläche aufgebracht werden und zwar auf eine Art und Weise, dass die Tonerpartikelchen durch die belichteten Bereiche angezogen werden. Die entwickelten Bilder werden im allgemeinen von dem Fotoleiter auf ein Endträgermaterial, wie beispielsweise Papier oder dergleichen, übertragen und darauf fixiert, um eine permanente Aufzeichnung des Originals zu bilden.

Historisch gesehen, wird die Übertragung der Tonerbilder zwischen den tragenden Oberflächen mit Hilfe der elektrostatischen Übertragung von entweder eines Corotrons oder einer Walzenelektrode, deren Spannung auf ein konstantes Potential (konstanter Voltwert) gebracht wurde, durchgeführt. Durch Koronaentladungen (corona) ausgelöste Übertragungen sind beispielsweise in der US-PS 2 836 725 beschrieben worden, in welchen der das Bild aufnehmende, angelegte Bogen in direkten Kontakt mit dem Tonerbild gebracht wird, während das Bild auf der fotoleitfähigen Oberfläche gehalten wird. Die Rückseite des Bogens, d.h. die Seite, die nicht dem Bild zugekehrt ist, wird mit einer Koronaentladung besprüht, deren Polarität entgegengesetzt zu der von den Tonerpartikelchen getragenen Polarität steht, wodurch der Toner elektrostatisch auf den Bogen übertragen wird. Eine Übertragung mit unter Spannung stehenden Walzen ist mit wenig Erfolg versucht worden als eine Möglichkeit, die Kräfte, die während der Übertragung auf den Toner einwirken, zu steuern. Dieser Typ von Übertragungselementen

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ist in der US-PS 2 8o7 233 (Fitch) beschrieben worden; es wird eine Metallwalze, beschichtet mit einem elastischen Überzug mit einem spezifischen Widerstand von etwa 1o bis 1o Ohm cm verwendet. Wegen des spezifischen Widerstandes der Zo3ciiichtung ist die Grosse der Spannung, die an die Walze angelegt werden kann, auf relativ niedrige Betriebswerte begrenzt, weil die Luft in der und um die Übertragungszone herum bei höheren Bereichen anfängt durchzuschlagen, d.h. ionisiert, wodurch das Bild während der Übertragung an Qualitat verliert. Shelffο schlägt in der US-PS 3 52o 6o4 vor, dass der elastische überzug einen spezifischen Widerstand

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von zwischen 1o bis 1o Ohm cm haben sollte. Das bedeutet, dass der überzug relativ dick sein müsste, um der Walze die nötige Elastizität, die für die meisten praktischen Durchführungsverfahren erforderlich ist, zu ergeben . Ein dicker Überzug mit hohem spezifischen Widerstand verhält sich aber so, dass eine Oberflächenladung auf der Walze aufgebaut wird, die zum Durchschlagen der Luft in der Übertragungsregion führt und eventuell eine Qualitätsverminderung.'der Kopien zur Folge hat,

Kürzlich sind verbesserte Spannungsübertragungselemente beschrieben worden, die viele der elektrischen Probleme und auch Probleme der nachlassenden Bildqualität, die mit einigen uer früheren Übertragungsverfahren assoziiert sind, überwinden. In der US-PS 3 7o2 482 ist ein Übertragungswalzenelement mit mehrfachen Schichten zum Übertragen xerografischer Bilder unter kontrollierten Bedingungen beschrieben worden. Das Element kann elektrisch mit einer leitfähigen Trägeroberfläche kooperieren, um geladene Tonerpartikelchen von der Trägeroberfläche zum Element hin oder zum Übertragungsmaterial, wie beispielsweise Papier, welches dazwischen angeordnet ist, hin anzuziehen, wobei das Element ein leitfähiges Substrat

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aufweist, um ein Spannungspotential darauf zu tragen, sowie eine Zwischenlage (intermediate blanket) /_ erste Schicht_/, angeordnet in Kontakt mit dem Substrat zur äusseren Peripherie der Lage, und eine relativ dünne äuasere Schicht /"zweite Schicht_7/ angeordnet über der Lage, und _die einen elektrischen, spezifischen Widerstand .hat, um die Ionisation der Atmosphäre auf ein Minimum einzuschränken, wenn das Transferelement in elektrische Kooperation mit der Abbildungsträgeroberfläche gebracht wird, wodurch eine gute Tonerabgabeeigenschaft erzielt wird, die es ermöglicht, das Gerät von dem Toner zu reinigen. Die US-PS 3 781 1o5 beschreibt ein Simulatorübertragungselement, das in Verbindung mit einer variablen elektrischen Spannungsvorrichtung verwendet wird, um automatisch die elektrischen Feldgrössen (electrical field levels) an verschiedenen Punkten des Übertragungselementes während des Übertragungsvorganges zu regulieren, und um eine konstante Stromkontrolle durchzuführen.

In einer bevorzugten Ausfrihrungsform besteht das in den beiden oben genannten US-Patentschriften beschriebene Übertragungselement aus einer Walze, die einen zentralen, mit Spannung versehbaren (biasable) leitfähigen Kern aufweist und ausserdem eine Zwischenlage oder elektrisch "entladbare" (relaxable) Schicht (erste·'.Schicht)¹, die den Kern umgibt,und mit ihm in elektrischem Kontakt steht, aufweist und die ausserdem eine zweite Lage oder elektrisch "selbstregelbare" (self-levelling) äussere Schicht (zweite Schicht), die die erste Schicht imgibt und damit in elektrischem Kontakt steht-hat. Unter Betriebsbedingungen ist es für eine optimale Übertragung erwünscht, einen relativ konstanten Stromfluss von weniger als etwa 3o micro Ampere in dem Spaltbereich zwischen der Übertragungswalzenoberfläche, dem Übertragungsmaterial und der fotoleitfähigen Oberfläche,von welcher

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ein entwickeltes Bild übertragen werden soll, einzuhalten. Um diese Bedingung bei gegebenen Potentialen zu erreichen, muss der spezifische Widerstand der ersten und zweiten Schichten innerhalb kritischer Werte liegen und muss vorzugsweise relativ konstant unter normalen, voraussehbaren Extremen der Betriebsbedingungen sein. Es wurde gefunden, dass die erste Schicht vorzugsweise ein elastisches elastomeres Material mit einem spezifischen Durchgangswiderstand (volume resistivity) im Bereich von 1o bis weniger als 1o Ohm -cm sein sollte, und die zweite Schicht ebenfalls ein elastisches Material mit einem spezifischen Durchgangswiderstand innerhalb des Bereiches von 1o bis 1o Ohm cm sein sollte.

In der Praxis hat sich herausgestellt, dass elastomere Materialien, wie sie in Übertragungselementen verwendet werden, wie beispielsweise Polyurethane, die spezifischen Widerstände in den obigen Bereichen aufweisen, feuchtigkeitsempfindlich sind, so dass der spezifische Widerstand um einen Faktor von 5o zwischen 1o % und 80 % relativer Luftfeuchtigkeit (R.H.) variieren kann und zwar als Funktion der Feuchtigkeitsmenge, die entweder aus der Atmosphäre absorbiert wurde oder an die umgebende Atmosphäre verloren ging. Bei Polyurethanmaterialien, die als erste Schicht verwendet werden und die ausnehmend gute elektrische Charakteristika aufweisen, kann 1. sich beispielsweise der spezifische Durchgangswiderstand von 1o Ohm cm bei niedrigen Feuchtigkeitsgehalten, d.h. bei weniger als etwa o,1 % Feuchtigkeit, in

1o Ohm can bei höheren Feuchtigkeitsgraden, d.h. bei etwa 2,5 % Feuchtigkeit, ändern. Andere Polyurethane, die zur Verwendung als zweite Schicht geeignet sind, zeigen Variationen des spezifischen Widerstandes von etwa 1o bis

1o Ohm cm als Funktion des steigenden Feuchtigkeitsgehaltes.

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Die sich so ergebenden Änderungen im spezifischen Widerstand führen im allgemeinen zu fehlerhaftem Betriebsverhalten des Übertragungselementes, wobei sich das Betriebsverhalten von Tag zu Tag ändern kann, insbesondere bei der ubertragungsleistungsfähigkeit, es sei denn, dass diese durch eine gleichzeitige Änderung der Spannungen, die ausreichen,um einen konstanten Spaltstrom (nip current) beizubehalten, kompensiert wird, wie es in der US-PS 3 781 1o5 beschrieben ist.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Spannungsübertragungselement in Form einer Walze zur Verwendung in einem xerografischen Transferverfahren zu schaffen, welches elektrisch stabiler ist gegenüber extremen Werten der relativen Luftfeuchtigkeit, die unter Betriebsbedingungen zu verzeichnen sind.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine 'maximale Bildqualität und Übertragungsleistungsfähigkeit beim Übertragen von Toner von einer fotosentitiven Oberfläche auf eine Übertragungsoberfläche zu schaffen.

Diese Ziele werden erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass ein Spannungsübertragungselement verwendet wird, welches aus einem leitfähigen Kern, einer elektrisch entladbaren ersten Schicht die darauf laminiert ist, einer selbstregelbaren zweiten Schicht, die auf die erste Schicht aufgetragen wurde, und einer dritten Überzugsschicht besteht, die im wesentlichen die ersten und zweiten Schichten hermetisch versiegelt. Die Überzugsschicht besteht aus einem polymeren Material mit einer niedrigen Wasserdampfdurchkeitskonstanten, so dass die Transmission von Feuchtigkeit durch den Überzug zur ersten und zweiten Schicht wesentlich erschwert ist. Die Dicke der Schicht sollte so sein, dass

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die dielektrische Durchschlagsfestigkeit des Materials unter Betriebsbedingungen beim Übertragen überschritten wird. Auf diese Weise werden die unteren Schichten auf dem Element bzw. auf der Walze gegenüber abrupten Feuchtigkeitsveränderungen und der daraus resultierenden elektrischen Instabilität unempfindlich.

In den beiliegenden Zeichnungen ist die Erfindung im Detail beschrieben.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Teilsektion der bevorzugten Spannungsübertragungswalze der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist eine grafische Darstellung, die die typische Beziehung zwischen spezifischem Widerstand und Feuchtigkeitsgehalt eines elastomeren Polyurethanmaterials zeigt.

Fig. 3 ist eine grafische Darstellung, die die Fluktuationen im Feuchtigkeitsgehalt der Übertragungswalzen, die Überzugsschichten bzw. keine Überzugsschichten aufweisen, vergleicht.

Die als Beispiel gezeigte Übertragungswalze Ιο, gezeigt in Fig. 1, hat beispielsweise einen zentralen, leitfähigen Kern oder Achse 11, welche vorzugsweise ein hohles, zylindrisches Rohr aus leitfähigem Aluminium ist, eine elektrisch entladbare Erstschicht 12, eine elektrisch selbstregelbare Zweitschicht 13 und eine Überzugsschicht 14, die aus einem polymeren Material mit niedriger Wasserdampfdurchdringungskonstante besteht. Die Dickeider verschiedenen, in der Zeichnung gezeigten Schichten sind nicht notwendigerweise maßstabgerecht.

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sondern dienen lediglich der Illustration.

Polymere Materialien, die zur Verwendung als Überzugsschicht 14 für die übertragungswalze gemäss der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind beispielsweise solche Materialien, die eine Wasserdampfdurchlässigkeit aufweisen, die niedriger liegt als die Wasserdampfdurchlässigkeit der Materialien, die für die Erst- und Zweitschichten der Übertragungswalze verwendet werden, d.h. Polyurethan. Da der Hautpzweck des Überzugsmaterials darin liegt, die Peuchtigkeitstransmission von der äusseren Umgebung zu den feuchtigkeitsempfindlichen Erstund Zweitschichten zu verhindern oder auf ein Minimum zu beschränken, und da die maximale Dicke der Überzugsschicht aus elektrischen Gründen, wie sie anschliessend erklärt werden, begrenzt ist, sind polymere Materialien mit sehr- niedrigen Wasserdampfdurchlässigkeiten bevorzugt. Dies würde z.B. polymere Filme betreffen, die eine Wasserdampfdurchlässigkeitskonstante (P) von weniger als 1 χ 1o bei etwa 3o°C aufweisen, wobei P durch die folgende Beziehung ausgedrückt wird: P = (ml bei STP) (cm) / ^₂, _{sec) _{(cm Hg)} _

In dieser Gleichung bedeutet der Ausdruck (ml bei STP) ml Wasser, die bei Standardtemperatur und Standarddruck absorbiert werden, der Ausdruck (cm) betrifft eine gegebene Filmlänge, der Ausdruck (see.) betrifft die Zeit und der Ausdruck (cm Hg) betrifft den Druck. Materialien, die den oben genannten Kriterien entsprechen, sind beispielsweise Polyäthylen mit niedriger Dichte sowie andere Polymere, die eine Durchlässigkeitskonstante aufweisen, die unter der des Polyäthylens mit niedriger Dichte liegt, wie beispielsweise Polyäthylen hoher Dichte, Polypropylen, Butylkautschuk, Äthylen/Propylenkautschuk, bestimmte Polyamide mit niedriger Feuchtigkeitsdurchlässigkeit, wie beispielsweise Nylonpolymere,

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Polyvinylidenchlorid, Polyvinylidenfluorid, Polytrifluorchloräthylen, Kautschukhydrochlorid, Copolymerisate und Terpolyraerisate von Acrylnitril mit Viny!monomeren oder mit Monoolefinen und/oder Diolefinen, wie beispielsweise Styrol/Acrylnitrilharze, Acrylnitril/Butatien/Styrolharze (ABS-Harze) oder Styrol/Acrylnitril/Butenharze und dergleichen Materialien.

Die Feuchtigkeitsmenge, die durch ein gegebenes Filmmaterial durchgelassen wird, ist eine Funktion der Dicke des Filmes, d.h. je dicker der Film ist, je weniger Feuchtigkeit wird durchgelassen. D.h. also, dass, obwohl relativ dicke Überzugsfilme (d.h. dicker als etwa 254,o,u (1o mil) erwünscht sein mögen, die elektrischen Charakteristika solcher Filme während der Übertragung unerwünscht wären. Die meisten polymeren Materialien haben einen spezifischen Durchgangswider-

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stand von mehr als 1o Ohm cm. Eine dicke Schicht aus einem Material mit hohem Widerstand würde das Feld, das an den Übertragungsspalt angelegt wird, reduzieren, so dass die Übertragungswalze stark inoperabel während des Übertragungsverfahrens würde, es sei denn, dass ein aus ser orden tuch hohes und undurchführbares Potential angelegt würde. Deshalb muss die maximale Dicke einer Überzugsschicht, die aus polymerem Material mit hohem spezifischen Widerstand besteht, so sein, dass die dielektrische Durchschlagsfestigkeit der Überzugsschicht unter Betriebsbedingungen während der Übertragung übertroffen werden kann, so dass die Schicht "elektrisch unsichtbar" für das Verfahren wird. Wenn die als Feuchtigkeitsbarriere fungierende polymere Überzugsschicht einen niedrigen spezifischen Durchgangswiderstand hat, d.h. weniger als etwa

1 ~\
1o ° Ohm cm, sollte die maximale Dicke der Schicht unterhalb von etwa 127,ο ,u (5 mil), vorzugsweise unterhalb von 5o,8o ,u (2 mil) sein. Wenn der spezifische Widerstand der polymeren

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Überzugsschicht hoch ist, d.h. grosser als etwalo ⁴Ohm cm, sollte die maximale Dicke der Schicht weniger als etwa 25,4o,u (1 mil) betragen. In den meisten Fällen liegt die ideale Dicke einer Überzugsschicht mit hohem spezifischen Widerstand für eine gute Balance zwischen Feuchtigkeitsdurchlässigkeit und elektrischen Eigenschaften - in der Grössenordnung von etwa 1/1ο der Dicke der Zweitschicht oder innerhalb des Bereiches von etwa 5,o8,u bis 7,62,u (o,2 bis o,3 mil) oder O,ooo5o8bis o,ooo762 cm (o,ooo2bis o,oco3 inches) .

Die entladbare Erstschicht 12 gemäss Fig. 1 besteht aus einem Material, das funktionell einen gewählten Zeitabschnitt benötigt, um eine Ladung von dem leitfähigen Kern 11 zur Grenzfläche . zwischen der entladbaren Erstschicht und der selbstregelbaren Zweitschicht 13 zu transmittieren, der ausreicht, die Grenzfläche auf etwa das Spannungspotential, das an den Kern angelegt wurde, zu bringen. Dieser gewählte Zeitabschnitt ist der, der mit der Walzenoberflächengeschwindigkeit und der Spaltbereichbreite korrespondiert, d.h. grob gesagt grosser als die Zeit, in der jeder Punkt der Übertragungswalze in dem Spaltbereich ist, ist; er wird so gewählt, dass er etwa 1/4 der Walzenumdrehungszeit ausmacht. Der Äusdruk funktionell bedeutet, dass die Grosse des äusseren elektrischen Feldes vom Punkt vor dem Spalteingang zum Punkt nach dem Spaltaustritt hin stark ansteigt, während das Feld innerhalb der entladbaren Schicht abnimmt. Eine entladbare Schicht ist also eine solche, die ein äusseres Voltprofil aufweist, welches über dem Walzenspalt nicht symmetrisch ist.

Die Erstschicht besteht aus einem elastomeren oder elastischen Material, wie beispielsweise Polyurethan oder Siliconkautschuk mit einer Dicke im Bereich von etwa o,5o8 bis o,762 cm

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(o,2o bis o,3o inches) , vorzugsweise etwa o,635 cm (ο,25 inch); das Material sollte eine ausreichende Elastizität haben/ damit sich die Walze deformieren kann, wenn sie in beweglichen Kontakt mit einer fotoleitfähigen Oberfläche, die in Form einer Platte,einer Walze oder eines Bandes vorliegen kann, gebracht wird. Dieses gewährleistet einen ausgedehnten Kontaktbereich, in welchem Tonerpartikelchen zwischen der fotoleitfähigen Oberfläche und dem Transfermaterial übertragen werden können. Die Erstschicht sollte vorzugsweise eine Durometerhärte im Bereich von 15 bis 25 Shore A aufweisen. Weil die Erstschicht fähig sein sollte, schnell auf ein Spannungspotential zu reagieren (respond), um das Ladungspotential am Kern elektrisch zu den äussersten Grenzen der Walzenoberfläche zu vermitteln, sollte es vorzugsweise einen spezifischen Widerstand in der

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Grössenordnung von 1o bis 1o Ohm cm aufweisen, wobei etwa 2,ο χ 1o Ohm cm ein besonders erwünschter Wert ist.

Die selbstregelbare Zweitschicht 13 ist ein streuender· (leaky) Isolator. Die Schicht wird hinsichtlich wesentlich höherer Werte des spezifischen Widerstandes ausgewählt, was in der vorliegenden Ausführungsform eine Grössenordnung

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von etwa 1o bis 1o Ohm cm, insbesondere eine Grössenordnung von 1o bis 1o Ohm cm, bedeutet. Ausserdem besitzt die selbstregelbare Schicht Materialien (oder ist so mit der entladbaren Schicht verbunden.) , so dass Ladungen, die an die äussere Oberfläche der selbstregelbären Schicht angelegt werden, im allgemeinen innerhalb einer Umdrehung der Walze abgeführt bzw. zerstreut werden. Dies Ableitung der Ladung ist erforderlich, um eine Unterdrückung (suppression) des Übertragungsfeldes in dem Spalt zu verhindern.

Die Zweitschicht wird ebenfalls aus einem elastischen Material hergestellt, welches vorzugsweise eine Durometerhärte im Bereich

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von etwa 65 bis 75 Shore D und vorzugsweise eine Dicke im Bereich von etwa O,oo5o8 bis o,oo762 cm (o,oo2o bis o,oo3o inches),vorzugsweise etwa o,oo635 cm (o,oo25 inch) aufweist. Es wurde gefunden, dass die Zweitschicht, um die Ionisation in der Atmosphäre und in und um den Spaltkontaktbereich herum auf in Minimum zu begrenzen, vorzugsweise einen spezifischen Widerstand (target resistivity) von etwa 3,2 χ Ohm cm aufweisen sollte. Ein bevorzugtes Material zur Verwendung als Zweitschicht ist ein Polyurethan, das von der Firma duPont unter dem Handelsnamen Adripren auf dem Markt ist.

Die als Feuchtigkeitsbarriere dienende polymere Überzugsschicht kann gemäss jedem geeigneten Verfahren, welches die Bildung eines relativ dünnen Filmes mit einer im wesentlichen gleichmässigen Dicke durch und durch gestattet, auf die elastomere Oberfläche der übertragungswalze aufgebracht werden. Geeignete Verfahren sind beispielsweise die Bildung einer Lösung aus den die Feuchtigkeitsbarriere bildenden Polymeren in einem geeigneten Lösungsmittel und das Auftragen der Lösung auf die Oberfläche der übertragungswalze durch Aufsprühen oder durch Eintauchen. Andererseits können dünne Filme des als Feuchtigkeitsbaxriere verwendeten Polymeren direkt auf die Oberfläche der Übertragungswalze auflaminiert werden, wobei ein geeigneter Klebstoff oder wobei ein Hitzeschrumpfungsverfahren angewendet wird.

Das folgende Beispiel illustriert die Herstellung einer Übertragungswalze mit einer als Feuchtigkeitsbarriere dienenden Überzugsschicht, die aus Polyvinylidenchlorid besteht.

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Beispiel 1

Es wird eine xerografische übertragungswalze verwendet, wie sie in den US-Patentschriften 3 7o2 482 oder 3 781 1o5 beschrieben werden. Die Walze besteht aus einem Aluminiumkern, einer primären Überzugsschicht, die aus einem Polyurethanmaterial (Upjohn 2137-2O, hergestellt von der Upjohn Corp.) mit einer Dicke von etwa o,635 cm (o,25 inch) und mit einem spezifischen Durchgangswiderstand bei Raumtemperatur von etwa 5 χ 1o Ohm cm bei einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 1,5 % (5o % relative Luftfeuchtigkeit) besteht, sowie einer zweiten Überzugsschicht, die aus einem Polyurethanmaterial (Adipren L-315, hergestellt von der duPont Corp.) mit einer Dicke von etwa o,oo635 cm (o,oo25 inch) und einem spezifischen Durchgangswiderstand bei Raumtemperatur von etwa

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3 χ 1o Ohm cm bei einem Feuchti*

(5o % relaxtve Luftfeuchtigkeit).

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3 χ 1o Ohm cm bei einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 1,o %

Eine Lösung aus Polyvinylidenchlorid (PVCl₂) wurde hergestellt, indem 1o Gewichtsteile PVCl₂ in 225 Gewichtsteile Methylisobutyl-keton gelöst wurden. Etwa o,o1 Teile eines hydrophoben Silicondioxids (Silanox - Cabot Corporation) wurden als Verlaufmittel für das PVCl₂ hinzugegeben. Diese Lösung wurde dann in eine Laboratoriumsspritzpistole eingegeben und gleichmässig auf eine periphere Oberfläche der zweiten Überzugsschicht der oben beschriebenen Übertragungswalze aufgesprüht. Das Aufsprühen wurde so lange fortgesetzt, bis eine ausreichende Menge des Lösung auf getragen war, um, nach dem Trocknen, einen PVCl₂-FiIm mit einer gleichmässigen Dicke von weniger als etwa 7,52 ,u (o,3 mil) zu bilden. Der spezifische Widerstand von PVCl₂ ist so, dass die Dicke der Überzugsschicht nicht grosser als 7,62/z. (o,3 mil) sein sollte, so dass die dielektrische Durchschlagsfestigkeit der Schicht

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während der Übertragungsoperation übertroffen werden kann, d.h. wenn etwa 25oo Volt angelegt werden.

Die Übertragungswalze wurde sorgfältig getrocknet, um eine Dreischichten-Struktur zu bilden, in welcher die elastomeren Schichten hermetisch durch eine PVCl^-überzugsschicht mit im wesentlichen gleichmässiger Dicke von etwa 5,08 ,u (o,2 mil) versiegelt waren.

Die Stabilität der erfindungsgemässen Übertragungswalzen hinsichtlich der Feuchtigkeitstransmission und der daraus entstehenden elektrischen Stabilität wird in Fig. 3 gezeigt. Eine gemäss Beispiel 1 hergestellte und beschichtete Walze wurde mit einer Walze, die keine als Feuchtigkeitsbarriere dienende Überzugsschicht aufweist,während eines Zeitraumes von 28 Tagen bei verschiedenen Luftfeuchtigkeitswerten, die zwischen 80 % und 1o % relativer Luftfeuchtigkeit variierten, verglichen. Wie in Fig. 3 gezeigt wird, sind die Fluktuationen im Feuchtigkeitsgehalt (sowohl die Aufnahme als auch der Verlust an Feuchtigkeit) bei der unbeschichteten Walze sehr stark, aber bei der beschichteten, versiegelten Walze dagegen relativ stabil. Der spezifische Widerstand der unbeschichteten Walze fluktuiert um eine grosse Grössenordnung bei den während des Tests angetroffenen Feuchtigkeitsbereichen. Es wurde gezeigt, dass der spezifische Widerstand der unbeschich-

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teten Walze von 9 χ 1o bis 3 χ 1o Ohm cm unter niedrigen und hohen Feuchtigkeitsbedingungen variiert, während die Variation der versiegelten, erfindungsgemässen Walze lediglich 1 χ 1o ° bis 9 χ 1o Ohm cm betrug.

In der Praxis hat sich herausgestellt, dass die Leistungsfähigkeit der Übertragung v-on Toner auf das übertragungssubstrat

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(Papier) bei Spaltströmen (nip currents) innerhalb des Bereiches von etwa 15 bis 2o micro Ampere auf ein Maximum gebracht werden konnte. Die verbesserte Stabilisierung der spezifischen Widerstände der Erst- und Zweitschichten der erfindungsgemässen Übertragungswalze ermöglicht es somit,unter Betriebsbedingungen diesen Spaltstrom beizubehalten, ohne dass eine komplizierte Vorrichtung zur Änderung der Spannung, die an die Übertragungswalze angelegt wird, benötigt wird, um die grossen Fluktuationen des spezifischen Widerstandes der Walze infolge von Änderungen in den Feuchtigkeitsbedingungen zu kompensieren.

Die erfindungsgemässe Übertragungswalze kann in Verbindung mit jedem geeigneten elektrofotografischen Apparat als Vorrichtung zur Übertragung von Tonerpartikelchen, die eine elektrostatische Ladung tragen, von der Oberfläche der fotoleitfähigen Isolierschicht auf eine übertragungsoberfläche, wie beispielsweise Papier, verwendet werden. Die übertragung wird gemäss bekannten Verfahren durchgeführt, indem ein Bogen eines Übertragungsmaterials in die Spaltregion, die durch die Oberfläche der Übertragungswalze und die Oberfläche eines fotoleitfähigen Isoliermaterials, das das entwickelte Bild trägt, eingefüttert wird, und ein Potential an die Übertragungswalze angelegt wird, das ausreicht, um die Übertragung des Tonermaterials von der Oberfläche des fotoleitfähigen Isoliermaterials auf die benachbarte Oberfläche des Transfermaterials durchzuführen. Bei der praktischen Durchführung kann jegliche elektrische Kraftquelle, die mit dem zentralen, leitfähigen Kern der Übertragungswalze verbunden ist und die fähig ist, das Übertragungswalzenelement auf ein Potential zu bringen, das ausreicht, um Tonerbilder von der fotoleitfähigen Isolieroberlfäche auf die Walze anzuziehen, verwendet werden. Eine detalliertere Diskussion

* gebildet wird

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der Prinzipien und Konfigurationen, die bei der Spannungswalzenübertragung vorkommen, ist in den US-Patentschriften 2 951 443, 362o 616, 3 633, 543 oder 3 781 1o5 beschrieben.

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Claims

Patentansprüche

1 J Spannungsübertragungselemente zur elektrischen Kooperation mit einer leitfähigen Trägeroberfläche, um geladene Teilchen von der Trägeroberfläche zum Element hin elektrisch anzuziehen, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus den folgenden Teilen bestehen:

a) einem leitfähigen Träger;

b) einer primären, elastomeren Zwischenschicht, die den leitfähigen Träger bedeckt, wobei die primäre Schicht einen relativ konstanten Durchgangswiderstand innerhalb

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des Bereiches von etwa 1o bis zu weniger al 1o Ohm cm aufweist;

c) einer sekundären, elastomeren Zwischenschicht, die die primäre Schicht bedeckt, wobei die sekundäre Schicht einen relativ konstanten Durchgangswiderstand innerhalb

11 15 des Bereiches von etwa 1o bis 1o Ohm cm aufweist; und

d) einer polymeren Überzugsschicht, die die Schichten bedeckt und hermetisch versiegelt, wobei die Überzugsschicht eine im wesentlichen gleichmässige Dicke von weniger als etwa 127,o,u (5 mils) aufweist und einen Feuchtigkeitsdurchlässigkeitsgehalt von weniger als etwa 1 χ 1o bei 3o C hat.
2. Spannungsübertragungselemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die polymere Überzugsschicht einen spezifischen Durchgangswiderstand von mehr

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als etwa 1o Ohm cm und eine Dicke von weniger als 25,4o,u (1 mil) aufweist.

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— ι O ~
3. Spannungsübertragungselemente nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , dass die primäre Schicht einen spezifischen Durchgangswiderstand innerhalb

9 1ο
des Bereiches von etwa 1o bis 1o Ohm cm aufweist, und die sekundäre Schicht einen spezifischen Durchgangswider-

13 15 stand innerhalb des Bereiches von etwa 1o bis 1o Ohm er aufweist.
4. Spannungsübertragungselemente nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass die primäre Schicht einen spezifischen Durchgangswiderstand von etwa

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2 χ Io Ohm cm aufweist und die sekundäre Schicht einen

ι λ spezifischen Durchgangswiderstand von etwa 3,2 χ 1o ohm-cm aufweist.
5. Spannungsübertragungselemente nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass die primäre Schicht eine Dicke von etwa o,635 cm (o,25 inch), die sekundäre Schicht eine Dicke von etwa o,oo635 cm (o,oo25 inch) und die polymere tJberzugsschicht eine Dicke von etwa o,oo635 cm (o,oo25 inch) aufweisen.
6. übertragungselemente nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass die polymere Überzugsschicht aus einer Verbindung,ausgewählt aus der Gruppe bestehend mns Polyäthylen mit hoher und niedriger Dichte, Polypropylen, Butylkautschuk, Äthylen/Propylenkautschuk, Polyamiden, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylidenfluorid, Polytrifluoräthylen, Kautschukhydrochlorid sowie Copolymeren von Acrylnitril mit Vinylmonomeren, Monoolefinen oder Diolefinen besteht.

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7. Spannungsübertragungselemente nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , dass die polymere Überzugsschicht aus Polyvinylidenchlorid besteht.
8. Verbessertes Verfahren zum Übertragen eines Tonerbildes von einer fotoleitfähigen Isolieroberfläche auf die Oberfläche eines Bildträgermaterials, gernäss welchem die fotoleitfähige, isolierende, bildtragende Oberfläche mit einem unter elektrischer Spannung stehenden Übertragungs- . element in operative Koirmurikation gebracht wird und ein Bogen eines Bildträgermaterials dazwischen eingebracht wird, wobei das Übertragungselement auf ein Spannungspotential gebracht wird, welches ausreicht, das Tonerbild von der isolierenden Oberfläche durch Attraktion auf das Bildträgermaterial zu bringen, dadurch gekennzeichnet, dass als übertragungselement ein Apparat verwendet wird, der aus den folgenden Teilen besteht:

a) einem leitfähigen Träger;

b) einer primären elastomeren Zwischenschicht, die den leitfähigen Träger bedeckt, wobei die primäre Schicht einen relativ konstanten Durchgangswiderstand innerhalb des Bereiches von etwa 1o bis zu weniger als 1o Ohm cm aufweist;

c) einer sekundären elastomeren Zwischenschicht, die die primäre Schicht bedeckt, wobei die sekundäre Schicht einen relativ konstanten Durchgangswiderstand innerhalb des Be-

11 15
reiches von etwa 1o bis 1o Ohm- cm aufweist; und

d) einer polymeren Überzugsschicht, die die Schichten bedeckt und hermetisch versiegelt, wobei die Überzugsschicht eine im wesentlichen gleichmässige Dicke von weniger als 127,ολι (5 mils) aufweist und einen Feuchtigkeitsdurchlässigkeitsgehalt von weniger als etwa 1 χ 1o bei 3o C hat.

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9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die polymere Überzugsschicht einen

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spezifischen Durchgangswiderstand von mehr als etwa 1o Ohm cm und eine Dicke von weniger als etwa 25,4o ,.u (1 mil) aufweist.
10. Verfahrennach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , dass die primäre Schicht einen spezifisehen Durchgangswiderstand von etwa 2 χ 1o Ohm cm aufweist und die sekundäre Schicht einen spezifischen Durchgangswiderstand von etwa 3,2 χ 1o Ohm cm aufweist.
11. Verfahren nach Anspinch 1o, dadurch gekennzeichnet , dass die primäreϊSchicht eine Dicke von etwa o,635 cm (o,25 inch),die sekundäre Schicht eine Dicke von etwa o,oo635 cm (o,oo25 inch) und die polymere Überzugsschicht eine Dicke von etwa o,oo635 cm (o,oo25 inch)aufweist.
12. Verfahren nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, dass die polymere Überzugsschicht eine Verbindung ist, die ausgewählt- ist aus der Gruppe bestehend aus Polyäthylen mit hoher und niedriger Dichte, Polypropylen, Butylkautschuk, Äthylen/Propylenkautschuk, Polyamiden, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylidenfluorid, Polytrifluoräthylen, Kautschukhydrochlorid, sowie Copolymere von Acrylnitril mit Vinylmonomeren, Monoolefinen oder Diolefinen.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die poylmere Überzugsschicht aus Polyvinylidenchlorid besteht.

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