DE3626720A1

DE3626720A1 - Aufzeichnungsglied fuer elektrographische aufzeichnungssysteme

Info

Publication number: DE3626720A1
Application number: DE19863626720
Authority: DE
Inventors: James L Krum
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1985-08-08
Filing date: 1986-08-07
Publication date: 1987-02-12
Also published as: GB8614825D0; JPS6235364A; FR2586113B1; CA1286491C; AU589188B2; GB2179006A; US4666780A; GB2179006B; FR2586113A1; JPH07113778B2; AU5888886A

Description

Die Erfindung betrifft ein Aufzeichnungsglied für elektrographische Aufzeichnungen von Tonerbildern und eine Beschichtung für das Aufzeichnungsglied, die dem Glied elektrische, optische und Haltbarkeitseigenschaften verleiht, welche für den Aufzeichnungsprozeß geeignet sind.

Kotz beschreibt in der US-PS 38 16 840 einen elektrographischen Aufzeichnungsprozeß und eine Vorrichtung, in der die dielektrisches Aufzeichnungsglied zwischen zwei Elektroden angeordnet ist. Magnetisch haftend an einer der Elektroden befindet sich elektronisch leitfähiges Tonerpulver. Das Tonerpulver liefert einen elektrischen Leitungspfad zwischen der Elektrode, an die es gebunden ist, und der angrenzenden Fläche des dielektrischen Gliedes. Eine Spannung wird an die Elektroden eine ausreichende Zeit lang und in einer Größenordnung angelegt, um ein Kraftfeld an dem Toner zu erzeugen, das eine Tonerabscheidung auf dem Aufzeichnungsglied gemäß dem Kraftfeld ermöglicht. Das Kraftfeld wird direkt an dem Toner erzeugt und nicht auf dem Aufzeichnungsglied, das bei dem Betrieb der in dem Patent beschriebenen Vorrichtung passiv ist.

Für bestimmte Ziele ist es bei der praktischen Ausführung des in der US-PS 38 16 840 beschriebenen Aufzeichnungsverfahrens erwünscht, daß die Kriechladung aus dem Aufzeichnungsglied derart eingestellt ist, daß eine geregelte Ladungsmenge von dem darauf abgeschiedenen Toner abgeleitet wird, beispielsweise von dem elektrisch geladenen Toner, der gleichmäßig auf das Aufzeichnungsglied von einem Auftragungsglied aufgetragen wird, wie es in der US-PS 44 02 000 beschrieben wird. Ein Vorteil einer solchen geregelten Kriechladung besteht darin, daß das Aufzeichnungsglied erneut mit einem Bild versehen werden kann, ohne daß ein Rest des vorherigen Bildmusters zu beobachten ist, welches das neue Bild auf dem Aufzeichnungsglied stören würde.

Die Festigkeit gegenüber mechanischer Beschädigung, gegenüber Abrieb und Verschleiß sind wichtige Eigenschaften für die Empfangsfläche eines Aufzeichnungsgliedes, das in einem Verfahren eingesetzt wird, bei dem eine merkliche Zahl von Bildern aufgetragen und von dieser entfernt werden muß. Diese Eigenschaften der Haltbarkeit können dadurch bewertet werden, daß man eine Empfangsfläche wiederholten Zyklen des Verfahrens unterwirft und die Bilder beobachtet, die Anzeichen eines katastrophalen Versagens oder eines allmählichen Abbaus zeigen. Die Zahl der ausgeführten Zyklen, während der die Fähigkeit zur Erzeugung von Bildern erhalten bleibt, die diese Akzeptanzkriterien erfüllen, ist ein Maß für die Haltbarkeit der Oberfläche.

Oft ist es erwünscht, den Toner auf ein dielektrisches Aufzeichnungsglied aufzubringen, das eine Hintergrundfärbung besitzt, die einen hohen Kontrast gegenüber dem Tonerpulver bietet. Wenn beispielsweise der Kontrast zwischen Tonerpulver und Aufzeichnungsglied, auf das es aufgebracht wird, ausreichend hoch wäre, z. B. 0,6 optische Dichteeinheiten betragen würde, könnte die aufgezeichnete Information direkt oder indirekt gelesen werden oder sogar mit optischen Mitteln kopiert werden, jeweils mit hoher Genauigkeit und hoher Auflösung. Anschließend könnte das nicht-überführte, nicht-fixierte Tonerpulver von dem Aufzeichnungsglied entfernt werden und eine neue Information könnte darauf abgebildet werden. Ein System, das ein rückführbares Tonerpulver verwendet, könnte dann so ausgerüstet werden, daß die Qualität des abgebildeten Bildes ohne Rücksicht auf dessen Überführungs- und Fixierungseigenschaften optimiert, oder auch im Hinblick auf die Kosten des Verbrauchs an Tonerpulver je Kopie optimiert wird.

Anodisiertes Aluminium ist das derzeitige Aufzeichnungsglied der Wahl. Eine Aluminiumoxidoberfläche, die über die geeignete elektrische Ansprechbarkeit verfügt, kann auf einem Aluminiumträger durch Anodisierung oder andere konventionelle Maßnahmen gebildet werden. Es ist jedoch allgemein bekannt, daß sich solche Oberflächen mit der Zeit ändern, insbesondere wenn sie Umgebungen mit hoher relativer Feuchte ausgesetzt werden. Diese Änderung kann die elektrischen Eigenschaften der Aluminiumoxidoberfläche nachteilig beeinträchtigen. Außerdem neigen Aluminiumoxidoberflächen in Umgebungen von hoher relativer Feuchte dazu, einen Feuchtigkeitsfilm anzusammeln, der dann mit speziellen Maßnahmen entfernt werden muß, um ein stabiles elektrographisches Verfahren zu gewährleisten. Schließlich verfügt anodisiertes Aluminium oder andere derartige Oberflächen nicht über die optischen Eigenschaften, die für bestimmte angestrebte Anwendungen des in dem Kotz-Patent beschriebenen Verfahrens erwünscht sind.

Eine Empfangsfläche für ein dielektrisches Aufzeichnungsglied, welche Fläche eine ausreichende Leitfähigkeit für das elektrographische Verfahren zeigt, kann durch Inkorporieren ionischer Materialien in einem dielektrischen organischen Harz wie Polyesterharz hergestellt werden. Wenn jedoch die angestrebte Leitfähigkeit von der Gegenwart ausreichend Feuchtigkeit abhängt, um eine Ionenbewegung und einen Ladungstransfer hervorzurufen, funktioniert eine solche Empfangsfläche nicht zufriedenstellend in einer Umgebung mit niedriger relativer Feuchte.

Andere Materialien für eine Empfangsfläche, die über die geeigneten elektrischen Eigenschaften zur Verwendung in einem elektrographischen Aufzeichnungsverfahren mit raschen Zyklen verfügt, sind im allgemeinen nicht in der Lage, den mechanischen Beanspruchungen standzuhalten, die sich aus dem Biegen, den Zyklen und der Auftragung und Entfernung von Tonerpulver ergeben.

Eine Polyesterfilm, der ein geeignetes Pigment trägt, kann den gewünschten Kontrast zwischen Aufzeichnungsglied und Tonerpulver herstellen. Ein Polyesterfilm oder ein Film, der aus einem anderen dielektrischen organischen Harz hergestellt ist, ändert jedoch, wenn er auf eine geerdete leitfähige Fläche aufgetragen wird, im allgemeinen die Ladung, die durch ihn fließt oder von seiner Oberfläche abgeleitet wird, nicht schnell genug, um das Entfernen eines Bildes von der Oberfläche des Filmes und ein Ersetzen mit einem anderen Bild während eines wirtschaftlich akzeptablen Zyklus der elektrographischen Aufzeichnungsvorrichtung zuzulassen.

Man ersieht insofern, daß die Wahl eines Aufzeichnungsgliedes und dessen dielektrischen Überzuges zur Verwendung mit einem wiederrückführbaren Bildpulver durch mindestens drei Faktoren bestimmt bzw. begrenzt sein kann:

(1) Die elektrischen Eigenschaften des Aufzeichnungsgliedes müssen einen Ausgleich zwischen dielektrischen Eigenschaften und ausreichender Ladungsableitung von dem Toner ermöglichen, so daß der Toner bildweise abgeschieden und danach von der Aufzeichnungsgliederoberfläche innerhalb bestimmter vorgegebener Zeiten (oder äquivalenter Abstände) entfernt werden kann, wie zwischen einem Auftragungsglied und der Stiftanordnung und/oder der Entfernung und dem Ersatz von Tonerpulver innerhalb eines Arbeitszyklus des Verfahrens;

(2) die Haltbarkeitseigenschaften des Aufzeichnungsgliedes müssen ausreichen, damit das Verfahren wirtschaftlich durchführbar ist;

(3) der Kontrast zwischen dem Tonerpulver und dem Aufzeichnungsglied hat hoch zu sein, z. B. mindestens 0,6 optische Dichteeinheiten zu betragen.

Obwohl es relativ einfach ist, ein Aufzeichnungsglied zu schaffen, das eine dieser drei vorstehenden Bedingungen erfüllt, ist die gleichzeitige Erfüllung aller drei Bedingungen bisher mit extremen Schwierigkeiten verbunden gewesen.

Die Erfindung strebt ein Aufzeichnungsglied an, das zur Verwendung mit dem elektrographischen Aufzeichnungsverfahren und der Vorrichtung, die in der US-PS 38 16 840 von Kotz beschrieben werden, geeignet ist. Das Aufzeichnungsglied umfaßt einen leitfähigen Träger mit einer darauf befindlichen dielektrischen Beschichtung.

Das Aufzeichnungsglied zeigt Ladungsableitungseigenschaften, die ein Entfernen und Ersetzen von Tonerpulver innerhalb eines Arbeitszyklus des elektrographischen Aufzeichnungsverfahrens ermöglicht, das in dem vorerwähnten Kotz-Patent beschrieben wird, z. B. innerhalb eines Zeitraums von 2 Millisekunden. Die Oberfläche der dielektrischen Beschichtung ist ausreichend haltbar, so daß das Aufzeichnungsglied wiederholt verwendet werden kann, bevor der leitfähige Träger erneut beschichtet werden muß, z. B. ist die Beschichtung ist in der Lage, mindestens 100.000 Zyklen einer Bildbildung mit Tonerpulver und Entfernung desselben standzuhalten. Die dielektrische Beschichtung liefert vorzugsweise einen hohen Kontrast zwischen dem Tonerpulver und dem Aufzeichnungsglied, z. B. mindestens 0,6 optische Dichteeinheiten, und erlaubt somit das Bilden eines Bildes durch diese Tonerpulverteilchen, das mit optischen Mitteln abgelesen und/oder kopiert werden kann, z. B. mit Kameras, Phototezellen, einer Projektion auf eine Aufzeichnungsfläche, während hohe Genauigkeit und hohe Auflösung auf der Lesefläche und/oder auf den daraus hergestellten Kopien erhalten bleiben. Bevorzugte dielektrische Beschichtungen werden aus dem Reaktionsprodukt von (a) einem reaktiven Silan, (b) einem Metallester und wahlweise (c) einem organischen Epoxid gebildet. Der Träger kann aus einem leitfähigen Material, z. B. Metallen oder photoleitenden Materialien gebildet werden.

Fig. 1 ist eine schematische Sicht einer Ausgestaltung des Aufzeichnungsgliedes der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine schematische Sicht einer anderen Ausführungsform des Aufzeichnungsgliedes der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ist eine Endansicht eines elektrogpraphischen Aufzeichnungssystems, das das Aufzeichnungsglied der Erfindung enthält.

Die Fig. 1 und 2 zeigen alternative Ausgestaltungen des Aufzeichnungsgliedes der vorliegenden Erfindung.

Die elektronischen Eigenschaften des dielektrischen Aufzeichnungsgliedes beeinflussen die Funktion des in dem Kotz-Patent beschriebenen elektrographischen Aufzeichnungssystems; die Grenzen, die hinsichtlich dieser Eigenschaften gesetzt sind, hängen von der speziellen Ausgestaltung ab. Jedoch ergeben sich in den meisten Fällen die Beschränkungen aus den folgenden Überlegungen.

Die Elektronenkapazität des dielektrischen Aufzeichnungsgliedes muß niedrig genug sein, damit in dem Zeitintervall zur Bildentwicklung genügend Tonerpotentialaufbau und genügend Kraftfeldaufbau auf dem Toner möglich ist, der im elektronischen Kontakt mit der Bildempfangsfläche des Aufzeichnungsgliedes angeordnet ist. Diese Kapazität wird bestimmt durch die Dielektrizitätskonstante und die Größe und Konfiguration des dielektrischen Aufzeichnungsgliedes in Bezug auf die anderen Teile des Kreises. Die Kapazität sollte hoch genug sein, so daß in Verbindung mit dem Rest der Kreiselemente genügend Ladungsaufbau auf externen Tonerteilchen bei der für den Betrieb angelegten Spannung möglich ist.

Der spezifische Widerstand des dielektrischen Aufzeichnungsgliedes sollte ausreichend hoch sein, um zu verhindern, daß zu viel Ladung von dem Toner in das dielektrische Aufzeichnungsglied mit einer Geschwindigkeit abfließt, bei der das elektrische Kraftfeld auf einen Wert herabgesetzt wird, der nicht ausreicht, um das erste Kraftfeld in den Bildbereichen zu überwinden. Der spezifische Elektronenwiderstand des dielektrischen Aufzeichnungsgliedes sollte in den meisten Ausgestaltungen dieser Erfindung mindestens etwa 10⁷ Ohm.cm betragen. Vorzugsweise sollte dieser spezifische Widerstand mindestens das 10-fache des spezifischen Widerstandes des Toners bei elektrischen Feldern betragen, die mit jenen vergleichbar sind, die in der Praxis von den Materialien der US-PS 38 16 840 angewendet werden (die genannte US-PS wird durch Referenz Teil der vorliegenden Offenbarung). Der Wert des spezifischen Widerstandes kann mit einem Ohmmeter bestimmt werden, wobei das Ohmmeter mit 2 Kupferschienen verbunden ist und beide Schienen in Kontakt mit der dielektrischen Oberfläche des Kompositaufzeichnungsgliedes stehen.

Für einen Niederspannungsbetrieb, aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten und aus Gründen der Zuverlässigkeit erwünscht, ist es günstig, wenn eine hohe Elektronenkapazität für das dielektrische Aufzeichnungsglied gegeben ist. Es ist noch vorteilhafter, dies durch dünne dielektrische Aufzeichnungsglieder zu erreichen, als durch eine hohe Dielektrizitätskonstante, gekoppelt mit einem dicken dielektrischen Aufzeichnungsglied. Die dielektrische Beschichtung sollte genügend dick sein, um Spannungen standzuhalten, die während des Verfahrens angelegt werden. Eine geeignete Dicke beträgt mindestens 5 × 10^-6 cm (500 Angström). Je dicker die dielektrische Beschichtung oberhalb der Mindestdicke ist, um so größer ist die notwendige Spannung, um ein Kraftfeld für die gleiche Dielektrizitätskonstante zu erzeugen. Im allgemeinen wird aus praktischen Gründen die Dicke der dielektrischen Beschichtung auf einem Minimum oberhalb derjenigen Dicke gehalten, bei der ein elektrisches Durchbrennen eintreten würde, weil dickere dielektrische Beschichtungen zu einer herabgesetzten Auflösung des entwickelten Musters führen.

Aus der vorstehenden Diskussion der Grenzen für die elektronischen Eigenschaften wird ersichtlich, daß die Dicke der dielektrischen Beschichtung einen bedeutenden Einfluß auf das elektrographische Aufzeichnungsverfahren haben kann. Die Beschichtungsdicke kann im Bereich von etwa 0,3 bis etwa 3,0 µm, vorzugsweise von etwa 0,3 bis etwa 2,0 µm liegen. Beschichtungen mit einer Dicke weit über 2,0 µm neigen dazu, eine schlechtere Bildauflösung oder eine Hintergrundabscheidung von Tonerpulver zu ergeben oder sie erfordern unerwünscht hohe Spannungen, während Beschichtungen mit einer Dicke weit unter 0,3 µm dazu neigen, eine ungenügende Haltbarkeit für ein Aufzeichnungsglied zu zeigen, das in einem zyklischen elektrographischen Aufzeichnungsprozeß eingesetzt wird, wenn die Oberfläche einer wiederholten Bildung und Entfernung von Bildern unterworfen wird.

Die erwünschten Ladungs/Entladungseigenschaften einer Bildempfangsfläche, die in einer zyklischen Ausführungsform des elektrographischen Aufzeichnungsprozesses der US-PS 38 16 840 verwendbar ist, kann durch eine Zeitkonstante definiert werden. Eine Zeitkonstante beschreibt die zeitabhängige Geschwindigkeit der Ladungsableitung, d. h. die Kapazität des Aufzeichnungsgliedes Ladung zu tragen und dennoch eine Ladungsableitung zuzulassen, d. h. eine Entladung bis zum einem Wert, der mit den Erfordernissen zum Reinigen der Oberfläche und zur Konditionierung derselben zur erneuten Bildaufnahme innerhalb eines Zyklus des elektrographischen Aufzeichnungsprozesse vereinbar ist.

Die Geschwindigkeit der Ladungsabteilung, manchmal auch als Kriechgeschwindigkeit bezeichnet, eines dielektrischen Materials kann wie in dieser Erfindung beschrieben quantitativ als Zeitkonstante τ des Materials ausgedrückt werden, wobei
τ = ₀ , und
τ = Zeitkonstante des Materials der dielektrischen Schicht des Aufzeichnungsgliedes in Sekunden
ρ = spezifischer Massewiderstand in Ohm · cm des Materials der dielektrischen Schicht
ε = relative Dielektrizitätskonstante des Materials der dielektrischen Schicht (dimensionslos) und
ε ₀ = 8,85 × 10^-14 Farad/cm, die Dielektrizitätskonstante des freien Raumes (Proportionalitätskonstante).

Physikalisch ist τ die Zeit in Sekunden für eine Anfangsladungsmenge, Qi, die auf einem parallelen Plattenkondensator mit dem fraglichen Material als Dielektrikum gelagert wird, um auf 1/e ihrer Anfangsladung abzufallen, d. h. auf Qi/e, worin e = 2,718 ist, die Basis des natürlichen Logarithmensystems. Für die erfindungsgemäß geeigneten dielektrischen Materialien werden Zeitkonstanten in der Größenordnung einer Druckzyklenperiode vorgeschlagen (d. h. das Zeitintervall vom Drucken eines Bildes bis zum Drucken des nächstfolgenden Bildes). In bestimmten Ausgestaltungen, z. B. wie in der US-PS 44 02 000 beschrieben, werden Zeitkonstanten der Größenordnung der Periode vorgeschlagen, die mit der Auftragung von Toner auf das Aufzeichnungsglied aus der Applikatorrolle beginnt und mit dem Auftreffen des Toners an der Stiftanordnung endet.

Um den Wert von t empirisch zu messen, wird die dielektrische Beschichtung (d. h. die Bildempfangsfläche) auf einer leitfähigen Trommel befestigt, deren geerdete Planfläche mit einer geeigneten Erdung verbunden ist. Die Oberfläche wird geladen, z. B. durch Drehen der Trommel in der Weise, daß die Oberfläche unterhalb einer Koronaquelle entlangläuft, die auf die Fläche Ladungen richtet. Durch rasches Anhalten der Bildempfangsfläche unterhalb einer Oberflächenpotential-Meßvorrichtung, z. B. eines berührungslosen elektrostatischen Voltmeters des Typs Monroe Iroprobe® Model 144, kann die Änderung im Oberflächenpotential als Funktion der verstrichenen Zeit beobachtet werden. Wird die Meßvorrichtung mit einem Schreiber verbunden, wird eine Kurve erhalten, die das gemessene Potential in bestimmten Zeiten wiedergibt. Geeignete Werte von τ können von mehreren Millisekunden bis zu mehreren Sekunden reichen.

Bei einem gegebenen Satz von Prozeßparametern, z. B. Nadelspannung (stylus voltage), Abstand zwischen Auftragungsglied und Nadel, Druckgeschwindigkeit, Zykluszeit zwischen Bildbildung, spezifische Tonerleitfähigkeit, die die Zeitkonstante einer Bildempfangsfläche bestimmen, geben dann zusammen mit der Festlegung der Dicke der dielektrischen Beschichtung an, ob die Bildempfangsfläche für ein System mit den gegebenen Parametern geeignet ist.

Typische Bereiche von erfindungsgemäß geeigneten Parametern für dielektrische Beschichtungen sind folgende.
Nadelspannung (stylus voltage)5 bis 40 Volt
Zeitspanne zwischen Bildbildungmehrere Millisekunden bis mehrere Sekunden
spezifischer Tonerwiderstandweniger als 10¹⁰ Ohm.cm bei angelegtem Feld von 500 Volt/cm
Dicke der dielektrischen Beschichtung5 × 10^-6 cm bis 2 × 10^-4 cm
Zeitkonstante der Bildempfangsflächemehrere Millisekunden bis mehrere Sekunden

Andere Merkmale, die die elektronischen Eigenschaften des Aufzeichnungsgliedes beeinflussen, werden ausführlicher in der US-PS 38 16 840 beschrieben.

Obwohl viele Materialien bekannt sind, die geeignete elektronische Eigenschaften zur Verwendung im Verfahren des Kotz-Patentes zeigen, weisen nur verhältnismäßig wenige die Dauerhaftigkeitseigenschaften und optischen Eigenschaften auf, die sie für bestimmte wirtschaftliche Anwendungen geeignet machen, d. h. jene Eigenschaften, mit denen sie optisch auf dem Empfangsmaterial betrachtet werden können.

Der dielektrische Überzug muß ausreichend dauerhaft sein, damit er mindestens etwa 100.000 Zyklen der Bildbildung und Bildentfernung standhält.

Es wurde gefunden, daß eine dielektrische Beschichtung den erforderlichen Wert der Dauerhaftigkeit zeigt, wenn sie 50 Zyklen auf einem Taber Abraser Model 503, ausgerüstet mit einer CS-10F-Walze bie 500 g Belastung überlebt unter den Testbedingungen gemäß ASTM D-1044 (1982), bevor sich die prozentuale Lichtstreuung mit zusätzlichen Zyklen nicht mehr ändert. Daß die prozentuale Lichtstreuung konstant bleibt, zeigt an, daß der Überzug zu 100% erodiert worden ist.

Die dielektrische Beschichtung weist vorzugsweise eine genügend niedrige optische Reflexionsdichte auf, so daß ein ausreichender Kontrast zwischen dem Aufzeichnungsglied und dem Tonerpulver sichergestellt wird. Ein geeigneter Kontrastwert liegt bei mindestens +0,6 optischen Dichteeinheiten. Wenn die Beschichtung transparent ist, ist der Kontrastwert zwischen dem Tonerpulver und dem den leitfähigen Träger bildenden Material vorzugsweise mindestens +0,6 optische Dichteeinheiten.

Das bevorzugte dielektrische Beschichtungsmaterial enthält ein Polymer, das aus einer Zusammensetzung hergestellt worden ist, die (1) mindestens ein reaktives Silan, (2) mindestens einen Metallester und wahlweise (3) ein organisches Epoxid enthält.

Die Beschichtungszusammensetzungen, die bei der praktischen Durchführung der Erfindung verwendet werden, sind herstellbar durch einfaches Mischen oder Homogenisieren der Bestandteile bei Raumtemperatur (z. B. 25°C) in einem geeigneten Lösungsmittel.

Erfindungsgemäß verwendbare reaktive Silane sind jene, die bei Sandvig, US-PS 40 42 749, beschrieben werden (diese Patentschrift ist durch Referenz Gegenstand der vorliegenden Offenbarung). Diese Silane werden durch die folgende Formel wiedergegeben

In der Formel ist R¹ ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus CH₂=CH-, einer Alkylgruppe mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen und einer Epoxigruppe, einer Alkyletherepoxidgruppe mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen und worin R³ eine Alkylengruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen und R⁴ Wasserstoff oder ein Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, R² eine Alkoxy- oder eine Acetoxygruppe und n eine positive ganze Zahl von 1 bis 3 ist.

Es wird bevorzugt, daß die Silane Flüssigkeiten von hoher Reinheit sind, so daß die Reaktionsprodukte konsistent sind. Die Reinheit kann bestimmt werden durch Messen des Refraktionsindex des Silans.

Zu Silanen, die bei der praktischen Ausführung der Erfindung geeignet sind, zählen Vinyltriethoxysilan ("A-151" von Union Carbide); Vinyltris(2-methoxyethoxy)silan ("A- 172" von Union Carbide); gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilan ("A-174" von Union Carbide); beta-(3,4- Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilan ("A-186" von Union Carbide); gamma-Glycidoxypropyltrimethoxysilan ("A-187" von Union Carbide, oder "Z-6040" von Dow Chemical Co.); und Vinyltriacetoxysilan. Andere brauchbare Silane des beschriebenen Typs sind aus der Technik bekannt. Die reaktiven Silane können bei der praktischen Ausführung der Erfindung allein oder in Kombination eingesetzt werden. Das bevorzugte reaktive Silan ist gamma-Glycidoxypropyltrimethoxysilan.

Die Metallester, die bei der praktischen Ausführung der Erfindung verwendbar sind, können durch die Formel M(OR)_x wiedergegeben werden, in der M aus der Gruppe bestehend aus Titan, Aluminium und Zirkonium ausgewählt ist, R aus der Gruppe bestehend aus niederen Alkylresten mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, die an das Sauerstoffatom gebunden sind, ausgewählt ist und x der Zahl der Valenzbindungen von M entspricht.

Repräsentative Metallester, die sich als besonders geeignet bei der praktischen Durchführung der Erfindung erwiesen haben, umfassen Tetraisopropyltitanat ("Tyzor", von DuPont), Tetrabutyltitanat, Tetraethyltitanat, Tetra-2- ethylhexyltitanat, Aluminiumisopropoxid, Aluminium-n- butoxid und Tetraisopropylzirkonat. Jeder der Metallester kann als solcher oder in Kombination bei der praktischen Ausführung der Erfindung verwendet werden. Andere geeignete Metallester des beschriebenen Typs sind aus der Technik bekannt. Der bevorzugte Metallester ist Tetraisopropyltitanat.

Das Molverhältnis des Metallesters zum reaktiven Silan kann in Abhängigkeit von dem gewählten Beschichtungssystem variiert werden. Z. B. kann in Zusammensetzungen, die den Titanester und ein epoxyfunktionelles Silan enthalten, das Molverhältnis von Metallester zu Silan im Bereich von etwa 1:0,5 bis etwa 1:7 liegen, wobei das besonders bevorzugte Verhältnis 1:4 ist. In Zusammensetzungen, die den Titanester und acryloxyfunktionelles Silan enthalten, kann das Molverhältnis von etwa 1:3 bis etwa 1:15 reichen, während das bevorzugte Molverhältnis im Bereich von etwa 1:3 bis etwa 1:7 und das besonders bevorzugte Verhältnis bei etwa 1:4 liegt. In Zusammensetzungen, die den Titanester und vinylfunktionelles Silan enthalten, ist ein geeignetes Molverhältnis von Metallester zu Silan etwa 1:4. Andere Molverhältnisse von Metallester zu reaktiven Silanen werden in der Tabelle I angegeben.

Tabelle I

Der wahlweise Epoxid-Coreaktant, der zur Herstellung der dielektrischen Beschichtung brauchbar ist, hat vorzugsweise mehr als eine 1,2-Epoxygruppe pro Molekül. Es ist des weiteren bevorzugt, daß das Gewichtsverhältnis von organischem Epoxid zu reaktivem Silan im Bereich von etwa 10:90 bis 25:75 liegt. Besonders bevorzugt beträgt das Gewichtsverhältnis etwa 15:85.

Zu geeigneten Epoxid-Coreaktanten zählen die Diglycidylether von mehrwertigen Phenolen, Glycidylether von Novolakharzen, Glycidylether von aliphatischen Polyolen und Glycidylether, die Stickstoff enthalten. Vorzugsweise enthält der Epoxid-Coreaktant einen Diglycidylether eines mehrwertigen Phenols, wie das Kondensationsprodukt aus Epichlorhydrin und Bisphenol A.

Im Handel erhältliche feste Bisphenol A Typ-Epoxid- Coreaktanten werden unter den folgenden Handelsbezeichnungen verkauft.

Epon 1002 (ein festes Diglycidylether-Bisphenol A-Harz, Epoxyäquivalentgewicht 600-700) und DER 662 (ein festes Diglycidylether-Bisphenol A-Harz, Epoxyäquivalentgewicht 575-700). Andere geeignete feste Epoxyharze des Diglycidylether-Bisphenol A-Typs sind Epon 840 (Epoxyäquivalentgewicht 330-380, Erweichungspunkt 55- 68°C), Epon 1001 (Epoxyäquivalentgewicht 450-540, Erweichungspunkt 65-74°C), Epon 1004 (Epoxyäquivalentgewicht 875-1000, Erweichungspunkt 125- 135°C).

Flüssige Epoxyharze des Diglycidylether-Bisphenol A-Typs, die geeignet sind, wenn sie mit festen Epoxyharzen gemischt werden, umfassen Epon 834 (Epoxyäquivalentgewicht 230-280), Epon 828 (Epoxyäquivalentgewicht 185-195) und ERL 2774 (Epoxyäquivalentgewicht 180-195). Die Epoxyharze sind von Shell Chemical Company erhältlich, die DER-Harze sind von Dow Chemical Company erhältlich, die ERL-Harze sind von Union Carbide erhältlich. Epoxid-Coreaktanten mit höheren Epoxyäquivalentgewichten können ebenfalls zur Bildung der Beschichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Die Glycidylether von Novolakharzen sind gekennzeichnet durch Phenylgruppen, die über Methylenbrücken verbunden sind, mit an den Phenylgruppen hängenden Epoxygruppen.

Im Handel erhältliche Harze werden unter den Handelsbezeichnungen DEN-438 (ein Polyglycidylether des Phenol- Formeldehyd-Novolaks, Epoxyäquivalentgewicht 176-181) und ECN-1280 (ein Polyglycidylether von ortho-kresol-Formaldehyd- Novolak, Epoxyäquivalentgewicht 230) angeboten.

Im Handel erhältliche Glycidylether von aliphatischen Polyolen umfassen jene mit der Handelsbezeichnung ERL- 4201 (3,4-Epoxy-6-methylcyclohexylmethyl-methyl)adipat, Epoxyäquivalentgewicht 220). Ein im Handel erhältlicher Glycidylether, der Stickstoff enthält, ist ERL-0510 (Triglycidyl-para-aminophenol, Epoxyäquivalentgewicht 97- 101). Ein anderes geeignetes Epoxymaterial ist ERL-4221 (3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexancarboxylat, Epoxyäquivalentgewicht 131-143).

Lösungsmittel oder andere Viskositätsmodifizierer können auch zugesetzt werden, um die Viskosität der ungehärteten Zusammensetzung einzustellen. Die bevorzugten Lösungsmittel sind Ester, wie Ethylacetat, Isopropylacetat, p- Amylacetat und Cellosolveacetat. Verschiedene herkömmliche Verlaufmittel können den Beschichtungszusammensetzungen ebenfalls zugesetzt werden. Es hat sich gezeigt, daß diese bei der Bereitstellung von Beschichtungen mit einem hochwertigen optischen Gütegrad geeignet sind. Außerdem können verschiedene Beschleuniger den Zusammensetzungen zugesetzt werden, um den Härtungsprozeß zu beschleunigen.

Um die Viskosität der Beschichtungszusammensetzungen herabzusetzen, können Lösungsmittel wie die niederen Alkohole, niederen Carbonsäuren, halogenierten Kohlenwasserstoff- Lösungsmittel und aromatischen Lösungsmittel zugesetzt werden. Repräsentative Beispiele für diese Lösungsmittel sind Ethanol, Methanol, tert.-Butanol, Chloroform, Methylenchlorid, Essigsäure, Toluol, Benzol, Xylol, Trichlorethan und 1,2-Dichlorethan. Die zugesetzte Lösungsmittelmenge ist abhängig von dem speziell verwendeten Metallester und der gewünschten Überzugsviskosität.

Um die Viskosität der Beschichtungszusammensetzung zu erhöhen, kann oligomerisiertes Silan in einer Menge im Bereich von 1 bis 20 Gew.-% der Zusammensetzung zugegeben werden. Z. B. ist ein Zusatz von gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, vorpolymerisiert durch freiradikalischen Mechanismus bei 100°C für etwa 20 Minuten und verdünnt auf eine 50%ige Lösung in Ethylalkohol, zur Beschichtungszusammensetzung geeignet, um die Viskosität der Masse zu erhöhen.

Verlaufmittel, die die in dem Überzug während des Beschichtungsprozesses gebildeten Grate nivellieren, sind bei Herstellung der erfindungsgemäßen Beschichtungen ebenfalls verwendbar. Zu erfindungsgemäß geeigneten Verlaufmitteln zählen "SF-1023", ein Tensid auf Siliconbasis von General Electric, "FC-430" und "FC-431", Tenside auf Fluorkohlenstoffbasis von Minnesota Mining and Manufacturing Company. Vorzugsweise sind diese Verlaufmittel zu etwa 0,3 Gew.-% der Beschichtungslösung enthalten. Mehr oder weniger kann gegebenenfalls angewendet werden. Ein bevorzugtes Verlaufmittel ist "SF-1023".

Die bevorzugte Reihenfolge der Zugabe der Bestandteile besteht darin, den Metallester zu den reaktiven Silanen oder zu dem Gemisch aus den reaktiven Silanen, Verlaufmitteln, Färbemitteln, Viskositätsmodifiziermitteln usw. zuzugeben. Substanzen, die die Härtungsreaktion beschleunigen, werden vorzugsweise zuletzt zugesetzt.

Wenn die Überzugszusammensetzung unter Mischen von Lösungsmitteln hergestellt wird, zeigt die Lösung oft eine Neigung zum Schäumen, deshalb sollte das Rühren auf ein Mindestmaß beschränkt bleiben. Bläschenbildung ist unerwünscht, weil sie zu Diskontinuitäten in dem getrockneten Überzug führen kann.

Lösungsmittelüberzugsmassen sind bei der praktischen Durchführung der Erfindung bevorzugt, wegen ihrer Anpaßbarkeit an eine Reihe von Auftragsmethoden und ihrer Eignung zur Regelung der verwendeten Beschichtungsdicken.

Die Lösung des Überzugsmittels muß auf ein sich selbst tragendes leitfähiges Substrat (Träger) oder auf eine gestützte leitfähige Schicht innerhalb der brauchbaren Lösungsmitteltopfzeit aufgebracht werden, weil Überzüge aus Lösungen, die bereits im Gefäß reagiert haben, zu Brüchen neigen, sich von dem Träger abtrennen und hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften in unvorhersehbarer Weise variieren. Die Topfzeit ist abhängig von dem Feststoffgehalt der Lösung. Ein Feststoffgehalt bis zu etwa 40 Gew.-% führt zu einer Lösungstopfzeit von bis zu etwa 4 Std. bei einer Temperatur von etwa 20°C. Bei höheren Feststoffgehalten wird die Topfzeit dementsprechend herabgesetzt. Selbst wenn unmittelbar nach Herstellung der Lösung beschichtet wird, zeigen Beschichtungen, die aus Überzugsmassen mit Feststoffkonzentrationen in der Nähe von 40% hergestellt werden, eine größere Tendenz zur Schuppung und Rißbildung als Überzüge mit einem niedrigeren Gehalt an Feststoffkonzentrationen.

Wenn Tetraisopropyltitanat in der Überzugszusammensetzung verwendet wird, hat sich die Anwesenheit von Isopropanol in der Lösung als günstig erwiesen, um die Topfzeit zu strecken, übermäßiges Schäumen zu reduzieren und eine höhere Feststoffkonzentration zu ermöglichen. Durch Zusetzen von 5 bis 10 Gew.-% Isopropanol, bezogen auf das Gewicht des Gesamtlösungsmittels, kann die Topfzeit von 4 Std. auf 7 Tage bei 20°C gestreckt, das Schäumen auf einen vernachlässigbaren Grad herabgesetzt und können bis zu 60 Gew.-% Feststoffe in der Überzugszusammensetzung toleriert werden, was eine bedeutende Zunahme gegenüber den 40% Feststoffgehalten darstellt, die als Maximum zur Erreichung einer Topfzeit von 4 Std. bei 20°C angesehen werden.

Isopropanol kann bis zu 90 Gew.-% des Lösungsmittels, z. B. Isopropylacetat, in der Formulierung der Überzugszusammensetzung verwendet werden, ohne daß irgend ein merklicher störender Effekt auftritt. Würde jedoch Isopropanol anstelle des gesamten Lösungsmittels eingesetzt, würde eine milchige Lösung resultieren.

Verschiedene Methoden können verwendet werden, um die dielektrische Beschichtung auf den leitfähigen Träger aufzubringen. Brauchbare Methoden sind Tauchüberziehen, Sprühüberziehen, Extrusionsauftrag und verschiedene Methoden des Walzenauftrags. Die Methode der Wahl ist abhängig von der Form des leitfähigen Trägers. Wenn der leitfähige Träger in Form eines festen Zylinders vorliegt, können Sprüh- oder Tauchüberziehen vorteilhafterweise angewendet werden, wogegen dann, wenn der leitfähige Träger in Form eines flexiblen kontinuierlichen Blattes oder einer Lage vorliegt, der Extrusionsauftrag bevorzugt wird, weil er eine kontinuierliche Masseproduktion zuläßt.

Nachdem die dielektrische Überzugsmasse auf den leitfähigen Träger aufgetragen worden ist, sollte sie zunächst trocknen und bei Raumtemperatur an der Luft härten gelassen werden, z. B. bei 20°C, für einen Zeitraum von etwa 4 bis etwa 24 Std. Danach wird der getrocknete Überzug vorzugsweise nachgehärtet. Die elektrischen Eigenschaften und Dauerhaftigkeitseigenschaften des Aufzeichnungsgliedes werden durch die Härtung beeinflußt, welcher der dielektrische Überzug unterworfen wird. Geeignete Nachhärtungsbedingungen werden entsprechend dem speziellen Anwendungszweck für das Aufzeichnungsglied gewählt.

Verschiedene Methoden können verwendet werden, um die Beschichtungen der Erfindung nachzuhärten, sie schließen Anwendung von Wärme, Belichtung mit ultravioletter Strahlung und Exponierung mit Elektronenstrahlen ein. Wenn Wärme zum Nachhärten angewendet wird, führt eine Einwirkung bis zu Temperaturen zwischen etwa 90°C und etwa 110°C für Zeiträume von etwa 12 bis etwa 16 Std. zu einer angemessenen Härtung. Überzugsmassen, die Titanmetallester enthalten, sind durch Einwirkung von ultravioletter Strahlung härtbar. Überzüge, die Materialien enthalten, welche zu einer freiradikalischen Reaktion fähig sind, wie die reaktiven Silane, die eine Acrylatgruppe enthalten, sind durch Einwirkung von Elektronenstrahlung härtbar.

Die Intensität der Nachhärtung beeinflußt den spezifischen Widerstand der Beschichtung. Intensivere Nachhärtung führt zu einem Überzug mit erhöhtem spezifischen Widerstand. Ungenügende Nachhärtung führt zu einer Beschichtung mit reduzierter Haltbarkeit. Die Wahl der Nachhärtungsbedingungen kann auch von den Eigenschaften des Trägers abhängig sein, der zum Aufbau des Aufzeichnungsgliedes verwendet wird. Z. B. kann ein Polymerfilmträger verspannt werden oder seine physikalischen Eigenschaften bei einer zu hohen Temperatur verlieren und ein Härtungsprogramm, das eine längere Zeit bei einer niedrigeren Temperatur anwendet, wäre notwendigerweise vorzusehen, um das gewünschte Ergebnis zu erhalten.

Andere dielektrische Beschichtungen, die für das Aufzeichnungsglied der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen die Überzüge, die in der US-PS 40 42 749 und US- PS 40 49 861 beschrieben werden. Beide Schriften sind hier als Referenz Gegenstand der vorliegenden Offenbarung.

Der in der US-PS 40 42 749 beschriebene Überzug ist dem bevorzugten Überzug, der zuvor beschrieben wurde, ähnlich, aber er verwendet nicht den wahlweisen organischen Epoxid-Coreaktanten in der Beschichtungsformulierung.

Der in der US-PS 40 49 861 beschriebene Überzug wird hergestellt aus einem Polymer mit mindestens 15 Gew.-%- Einheiten aus einem Silan mit endständigen Epoxygruppen, das durch die Formeln wiedergegeben wird, worin jeweils
R⁵ unabhängig ein nicht-hydrolisierbarer zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest mit weniger als 20 Kohlenstoffatomen oder ein zweiwertiger Rest mit weniger als 20 Kohlenstoffatomen ist, in dessen Gerüstkette C- Atome vorliegen, die durch einzelne N- oder O- Atome unterbrochen sein können, wobei die O-Atome in Form von Etherbrücken vorliegen,
a = 1, 2 oder3,
b = 0 oder 1, und
R⁶ ein aliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit weniger als 10 Kohlenstoffatomen, ein Acylrest mit weniger als 10 Kohlenstoffatomen oder ein Rest der Formel (CH₂CH₂O)_kZ ist, in der k eine ganze Zahl von mindestens 1 und Z Wasserstoff oder ein aliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit weniger als 10 Kohlenstoffatomen ist, wobei das Polymere in Gegenwart einer katalytisch aktiven Menge eines hochfluorierten sulfonylischen Katalysators aus zwei hochfluorierten aliphatischen Sulfonylgruppen, die direkt an ein Imid oder ein Methylen gebunden sind, oder eines hochfluorierten Sulfonsäurekatalysators, aus einer hochfluorierten aliphatischen Sulfonsäure oder deren Salz gehärtet worden ist.

Die Disulfonkatalysatoren arbeiten am besten mit kationisch polymerisierbaren Verbindungen; daher sind die anderen copolymerisierbaren Materialien am geeignetsten, wenn das Comonomere zur kationischen Polymerisation geeignet ist, wie Styrol, Methylstyrol, Vinylamide und Vinylether. Die besten Verbindungen sind jedoch die Epoxyverbindungen wie 1,4-Butandioldiglycidylether, Diglycidylether von Bisphenol A und

Diese Verbindungen können mit dem Silan mit Epoxyendgruppen und einer feuchtigkeitsempfindlichen Verbindung, die Si, Al, Ti oder Zr enthält, copolymerisiert werden. Im allgemeinen sind alle Verbindungen brauchbar, die mit einer Epoxy- oder Silan-Funktionalität copolymerisiert werden können.

Der leitfähige Träger kann gebildet werden entweder aus einem selbsttragenden leitfähigen Material oder einer Schicht aus leitfähigem Material, die auf ein nicht- leitfähiges Trägersubstrat wie z. B. ein flexibles Band, hersgestellt aus einem polymeren Material, aufgebracht wurde; im letzteren Fall würde das Aufzeichnungsglied als solches flexibel sein. Gemäß einem Beispiel für ein selbsttragendes leitfähiges Material, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, kann der leitfähige Träger eine Metalltrommel sein, die aus Messing, Aluminium, Stahl oder dergleichen hergestellt ist und eine ausreichende Leitfähigkeit hat, um die Erfordernisse des elektrischen Kreises des Aufzeichnungssystems zu erfüllen. Der leitfähige Träger befindet sich in Kontakt mit der Erde, um die richtige Ableitung von Ladung von der dielektrischen Beschichtung zu erleichtern. Alternativ kann eine Schicht aus leitfähigem Material auf die Oberfläche eines nicht-leitfähigen Trägersubstrats aufgebracht werden, z. B. auf eine polymere Folie, in welchem Fall die leitfähige Schicht eine Zwischenposition zwischen der polymeren Folie und dem dielektrischen Überzug einnimmt. Diese Ausführungsform ist in Fig. 2 wiedergegeben.

Für die leitfähige Schicht geeignete Materialien umfassen Metallfolien oder Metallblätter, wie Aluminium oder Kupfer, metallische Beschichtungen wie Gold oder Metalle, die durch eine einer Anzahl von Maßnahmen aufgebracht wurden, wie durch Aufdampfen, Sputtern oder Plasmaabscheidung, sowie leitfähige Metalloxidfolien, wie Indiumzinnoxid, das durch eine Anzahl von Maßnahmen abgeschieden werden kann.

Es ist erforderlich, daß die leitfähige Schicht eine ausreichende Leitfähigkeit zeigt, so daß Ladung mit einer Geschwindigkeit transportiert wird, die mit der angestrebten Anwendung vereinbar ist. Es wurde gefunden, daß leitfähige Schichten, die einen spezifischen Widerstand kleiner als 5.000 Ohm.cm² zeigen, im allgemeinen für die meisten Anwendungen geeignet sind.

Es wird bevorzugt, daß die Leitfähigkeit der leitfähigen Schicht nicht unter den gewünschten Wert mit der Zeit oder bei Aussetzen des Aufzeichnungsgliedes wechselnden Umweltbedingungen wie der Exponierung mit hoher oder niedriger relativer Feuchte absinkt.

In Situationen, in denen eine visuelle Anzeige oder optische Projektion des Tonerbildes beabsichtigt und die dielektrische Schicht transparent ist, sollte die leitfähige Schicht auch den geeigneten Grad an Transparenz, Reflektivität oder Opazität für den angestrebten Effekt zeigen.

Wenn eine visuelle Anzeige oder optische Projektion des reflektierten Tonerbildes beabsichtigt ist, wird es bevorzugt, daß das Aufzeichnungsglied eine Nichtspiegelreflexion und keine Spiegelreflexion erzeugt. Ein nicht- spiegelnder Hintergrund gegenüber dem Bild vereinfacht die Anordnung von optischen Elementen, die verwendet werden, wenn die optische Projektion betrachtet wird.

Es wird häufig bevorzugt, daß der nichtleitende Stützträger des Aufzeichnungsgliedes eine flexible polymere Folie ist. Die Folie ist relativ billig, leicht beschichtbar und das erhaltene Produkt kann in verschiedene Formen und Größen überführt werden, z. B. ein Endlosriemen zur Verwendung in einem elektrographischen Aufzeichnungssystem.

Die polymere Folie kann ein beliebiges Material sein, das ausreichende Stabilität aufweist, um den zur Herstellung des Aufzeichnungsgliedes erforderlichen Prozeßschritten unterworfen zu werden und mit akzeptabler Dauerhaftigkeit und Stabilität im elektrographischen Aufzeichnungssystem zu funktionieren. Zu polymeren Materialien, die zur Bildung der polymeren Folie geeignet sind, zählen Polyester, Polyolefine, Polyamide, Polyimide und Vinylmaterialien. Polyesterfolien werden bevorzugt, weil sie mit glatten Oberflächen hergestellt werden können, gegenüber dem Angriff von Lösungsmitteln und einer Hitzeverwerfung beständig sind und gute physikalische Eigenschaften wie gute Zugfestigkeit aufweisen. Repräsentative Beispiele für im Handel erhältliche Polyesterfolien sind die verschiedenen Grade von "Scotchpar"®, hergestellt von Minnesota Mining and Manufacturing Company, die verschiedenen Grade von "Mylar"®, hergestellt von DuPont de Nemours Corporation, und verschiedene Grade von "Melinex"®, hergestellt von ICI.

In den Zeichnungen und speziell in Fig. 3 ist ein Aufzeichnungssystem 1 wiedergegeben, das das dielektrische Aufzeichnungsglied der Erfindung verwendet. Das Aufzeichnungssystem 1 enthält eine zylindrische Entwicklerwalze 3 und ein drehbares Aufzeichnungsglied 20.

Die Entwicklerwalze 3 ist vorzugsweise des Typs, wie er bei Anderson in der US-PS 34 55 276 beschrieben wird, und weist eine Innenmagnetanordnung 5 und eine äußere zylindrische Schale 6 auf, die elektrisch nichtleitend und nichtmagnetisch ist. Die Magnetanordnung 5 enthält einen zylindrischen Magnetträgerkern 7 und eine Vielzahl von Permanentmagnetsektoren 8, die um die zylindrische Peripherie des Kerns 7 angeordnet sind, um eine Oberfläche mit alternierenden magnetischen Nord- und Südpolen zu definieren. Die Entwicklerwalze 3 ist auf einer Achse 9 befestigt und so gebaut, daß die Magnetanordnung 5 in Richtung gegen den Uhrzeigersinn rotiert, während die Außenschale 6 von der Magnetanordnung 5 beabstandet und vorzugsweise in einer Position fixiert ist.

Angeordnet auf einer Linie, die sich parallel zu dem Trägerkern 7 erstreckt, befindet sich eine Vielzahl von einzelnen, voneinander beabstandeten Aufzeichnungselektroden 10 (nur eine ist gezeigt), die aus der Peripherie der Schale 6 hervorstehen, aber auch in der Schale 6 so angeordnet sein können, daß die äußeren Enden der Elektroden 10 mit der Peripherie der Schale 6 fluchten.

Jede Elektrode 10 ist magnetisch permeabel und läßt eine große Menge an Magnetfluß hindurch, der aus den Magnetsektoren 8 der Entwicklerrolle 3 entspringt, so daß die Entwicklerrolle 3 als Kraftfeldquelle zur Schaffung einer relativ hohen Magnetflußdichte an den äußeren Enden der Elektroden 10 dient. Jede Elektrode 10 wird benutzt, um einen Punkt zu drucken, der eine Definition entsprechend seiner Gestalt, Dichte und Dichteverteilung hat; die Elektroden 10 werden normalerweise dazu benutzt, um als Druckmatrix zu dienen. Die Zahl der verwendeten Elektroden 10 ist abhängig von der Druckanwendung, für die die Matrix verwendet werden soll. Im Falle einer Standardcomputer- Ausgangslinienbreite von 136, werden bei 5 × 7 Punktmatrixziffern annähernd 1.000 Elektroden verwendet, die mit 70/2,54 cm beabstandet sind. Für komplexere Schriftziffern und einfache graphische Anwendungen sind Elektrodenabstände von 100/2,54 cm bis zu mehr als 400/2,54 cm erforderlich. Eine Spannungsquelle 11 liefert die Aufzeichnungs-Spannungspotentialimpulse an die Elektrode 10 in einer Weise und für einen Zweck, wie weiter unten beschrieben.

Das Aufzeichnungsglied 20 ist an einer Achse 12 befestigt, die parallel zur Entwicklerwalze 3 verläuft und drehbar gegen den Uhrzeigersinn angetrieben wird, um in gleicher Richtung wie die Entwicklerwalzen-Magnetanord- Beziehung zu den Elektroden 10 angeordnet und definiert eine Aufzeichnungsregion 15 (i. Orig. 13) zwischen diesen. Das Glied 20 wird gebildet von einer elektrisch leitfähigen zylindrischen Elektrode 21 und einem endlosen dielektrischen Überzug 22, der über der zylindrischen Fläche der Elektrode 21 liegt. Vorzugsweise ist die Elektrode 21 elektrisch geerdet.

Die Spannungsquelle 11 dient dazu, Spannungsaufzeichnungsimpulse an die Elektroden 10 zu liefern und eine Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 10 und der geerdeten Elektrode 21 (i. Orig. 13) zu erzeugen. Eine solche Potentialdifferenz führt zu einer Abscheidung von Toner auf dem dielektrischen Überzug 22. Die Elektroden 10 werden selektiv mit Impulsen versorgt durch die Quelle 11, um Tonerbilder auf der Oberfläche des Überzuges 22 zu bilden. Derjenige Teil des Toners 14, der zunächst auf dem Überzug 22 in der Form von Tonerbildern abgeschieden wird, weist eine relativ hohe Ladung auf und wird durch die Potentialdifferenz zwischen dem geladenen Toner 14 und der geerdeten Elektrode 21 auf dem Überzug 22 gehalten.

Der Toner ist vorzugsweise magnetisch anziehbar und elektronisch leitfähig. Ein für die beschriebene Vorrichtung geeigneter Toner wird bei Nelson in der US-PS 36 39 245 beschrieben.

Eine Schicht aus magnetisch anziehbarem, elektronisch leitendem Toner 14 wird auf die Oberfläche der Elektrode 10 durch eine Doktorklinge 23 abgemessen, die sich in axialer Richtung, aber mit einem vorgegebenen festen Abstand von der Elektrode 10 erstreckt. Der Toner 14 wird festgehalten und von der Elektrode 10 durch das Magnetfeld angezogen, das von dem Magnetsektoren 8 ausgeübt wird. In dieser Ausgestaltung ist die Elektrode 10 so angeordnet, daß sie entgegen dem Uhrzeigersinne um ihre Achse rotiert und so eine wirksam konstante Zufuhr von Toner 14 über die gesamte Oberfläche der Elektrode 10 aufrechterhält. Die Rotation der Magnetsektoren 8 allein oder zusammen mit der Elektrode 10 in einer Richtung kann ebenfalls vorgesehen werden. Eine geeignete Entwicklerwalze des beschriebenen Typs wird bei Anderson in der US- PS 34 55 276 beschrieben.

Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung, nicht jedoch der Beschränkung der Erfindung. Teil- und Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht, wenn nichts anderes angegeben ist.

Beispiel 1

Die folgenden Bestandteile wurden in den angegebenen Mengen verwendet, um eine Zusammensetzung für den Oberflächenüberzug des Aufzeichnungsgliedes herzustellen.Bestandteil Mengeγ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan ("A187", Union Carbide) 4,3 g
γ-Aminopropyltriethoxysilan ("A1100 Silane", Union Carbide) 1,0 gDiglycidylether-Bisphenol A-Typ Epoxid (50% DuPont Epon 828 in Isopropylacetat) 1,6 gTetraisopropyltitanat (DuPont TPT Titanate) 1,6 gFluorchemisches Tensid (10% 3M FC430 in Isopropanol) 0,04 gIsopropylacetat 30,0 g

Die Silane, das aromatische Epoxid und das Verlaufmittel wurden in das Isopropylacetat-Lösungsmittel eingegeben.

Die Lösung wurde leicht gerührt, um die Bestandteile ohne Erzeugen von übermäßigem Schaum zu kombinieren. Das Tetraispropyltitanat wurde zuletzt zugesetzt, um eine vorzeitige Topfreaktion auf ein Mindestmaß zu beschränken. Nach Zugabe von Tetraisopropyltitanat wurde die Lösung, die eine brauchbare Topfzeit von annähernd 4 Std. bei 20°C hatte, auf ein Aluminiumblech mittels Tauchüberzugauftrag aufgezogen. Vor dem Aufziehen wurde das Aluminiumblech (1) in Methylenchloriddämpfen entfettet, (2) 30 sek. in einer Lösung geätzt, die 1 Teil konzentrierte Salpetersäure, 1,6 Teile 85%ige Phosphorsäure und 10,3 Teile entionisiertes Wasser enthielt, (3) mit entionisiertem Wasser gespült und (4) mit gefilterter Luft getrocknet. Das vorbereitete Aluminiumblech wurde in die Auftragslösung eingetaucht, dann mit einer solchen Geschwindigkeit herausgezogen, daß eine Trockenüberzugsdicke von 0,9 µm erzeugt wurde. Die Beschichtung wurde trocken und bei etwa 20°C für etwa 16 Std. härten gelassen. Die Beschichtung wurde dann in einem Ofen etwa 16 Std. bei etwa 90°C nachgehärtet.

Der spezifische Widerstand des dielektrischen Aufzeichnungsgliedes lag höher als 10⁷ Ohm.cm. Wenn in einer Vorrichtung angewendet, wie sie in der US-PS 38 16 840 beschrieben wird, war das Aufzeichnungsglied in der Lage, bis zu 200.000 Zyklen einer Bildbildung und Bildentfernung zu liefern. Natürlich war die dielektrische Beschichtung in der Lage, mehr als 50 Zyklen standzuhalten, wenn sie einer 500 g-Belastung gemäß der Prozedur von ASTM D-1044 (1982) unterworfen wurde.

Beispiel 2

Die folgenden Bestandteile wurden in den angegebenen Mengen verwendet, um eine Zusammensetzung für die Oberflächenbeschichtung des Aufzeichnungsgliedes herzustellen.BestandteilMenge
γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan ("A187", Union Carbide)4,3 gγ-Aminopropyltriethoxysilan ("A1100" Silane, Union Carbide)1,0 gDiglycidylether-Bisphenol A-Typ-Epoxid (50% DuPont Epon 828 in Isopropylacetat)1,6 g
Tetraisopropyltitanat (DuPont TPT Titanate)1,6 gIsopropylalkohol3,0 gIsopropylacetat27,0 g

Die Silane und das aromatische Epoxid wurden unter Rühren in ein Lösungsmittelgemisch aus 27,0 g Isopropylacetat und 1,5 g Isopropylalkohol gegeben. Das Tetraisopropyltitanat wurde zuerst mit 1,5 g Isopropylalkohol gemischt, und dieses Gemisch wurde dann in das Gemisch aus Lösungsmitteln, Silanen und aromatischem Epoxid eingeführt. Die Lösung, die eine Topfzeit von annähernd 7 Tagen bei 20°C hatte, wurde auf einen leitfähigen Träger mittels Tauchüberziehen aufgezogen. Der leitfähige Träger war eine weiße Polyesterfolie, 50,8 µm stark, die auf einer Oberfläche mit einer transparenten Schicht aus Indiumzinnoxid ausreichend beschichtet war, um einen spezifischen Widerstand von weniger als 500 Ohm/cm² zu liefern; der Träger wurde um einen Stahlzylinder gewickelt und daran befestigt, wobei die Polyesterfolie zwischen der Indiumzinnoxidschicht und dem Stahlzylinder angeordnet war.

Die Anordnung des mit der mit Indiumzinnoxid überzogenen weißen Polyesterfolie umwickelten Stahlzylinders wurde in die Lösung getaucht, dann mit einer solchen Geschwindigkeit entfernt, daß eine Trockenüberzugsdicke von 0,69 µm resultierte. Die Beschichtung wurde trocknen und bei etwa 20°C für etwa 16 Std. härten gelassen. Die Beschichtung wurde dann in einem Ofen für etwa 16 Std. bei etwa 90°C nachgehärtet.

Der spezifische Widerstand des dielektrischen Aufzeichnungsgliedes war größer als 10⁷ Ohm.cm. Wenn in einer Vorrichtung betrieben, wie sie in der US-PS 38 16 840 beschrieben ist, war das Aufzeichnungsglied in der Lage, bis zu 200.000 Zyklen der Bildbildung und Bildentfernung zu liefern. Wie in Beispiel 1 war die dielektrische Beschichtung in der Lage, mehr als 50 Zyklen standzuhalten, wenn einer 500 g-Belastung gemäß der Prozedur von ASTM D-1044 (1982) ausgesetzt wurde.

Verschiedene Abwandlungen und Abänderungen dieser Erfindung sind für den Fachmann ersichtlich, ohne daß vom Gegenstand und Geist dieser Erfindung abgewichen wird. Selbstverständlich soll die Erfindung hier durch die erläuternden Ausführungsformen hier nicht beschränkt werden.

Claims

1. Aufzeichnungsglied, geeignet zur Verwendung in einem elektrographischen Aufzeichnungssystem zum Aufzeichnen von Tonerbildern auf einem Aufzeichnungsglied, wobei das System erste und zweite entgegengesetzte und voneinander beabstandete Elektroden enthält, die zwischen diesen eine Aufzeichnungsregion definieren, sowie Mittel zum Antrieb des Aufzeichnungsgliedes durch diese Aufzeichnungsregion und Mittel zum Transport von elektrisch leitfähigem Tonerpulver aus einem Tonerreservoir zu dieser Aufzeichnungsregion aufweist, um auf dem Aufzeichnungsglied selektiv abzuscheiden unter Ansprechung auf selektiv angelegte Spannungsimpulse zwischen den Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufzeichnungsglied einen leitfähigen Träger enthält, der eine dielektrische Beschichtung mit ausreichender Abriebfestigkeit trägt und mindestens 50 Zyklen standhält, wenn einer 500 g Belastung gemäß ASTM D-1044 (1982) ausgesetzt, bevor sich die prozentiale Lichtstreuung mit zusätzlichen Zyklen nicht mehr ändert, und einen spezifischen Elektronenwiderstand von mindestens 10⁷ Ohm. cm aufweist.

2. Aufzeichnungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glied eine ausreichend niedrige optische Dichte aufweist, so daß der Kontrast zwischen dem Aufzeichnungsglied und dem Toner mindestens 0,6 optische Dichteeinheiten beträgt.

3. Aufzeichnungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der leitfähige Träger aus einem leitfähigen Metall hergestellt ist.

4. Aufzeichnungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der leitfähige Träger eine leitfähige Schicht enthält, die von einem nicht-leitfähigen isolierenden Substrat gestützt wird.

5. Aufzeichnungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Beschichtung aus dem Reaktionsprodukt einer Zusammensetzung gebildet ist, die (a) ein reaktives Silan der Formel worin R¹ aus der Gruppe bestehend aus CH₂=CH-, einer Alkylgruppe mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, die eine Epoxygruppe enthalten, einer Alkyletherepoxidgruppe, die bis zu 10 Kohlenstoffatome enthält, und ausgewählt ist, wobei R³ eine Alkylengruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen und R⁴ Wasserstoff oder ein Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen; R² eine Alkoxy- oder Acetoxygruppe, n eine positive ganze Zahl von 1 bis 3 ist, und (b) einen Metallester der Formel enthält, worin M aus der aus Titan, Aluminium und Zirkonium bestehenden Gruppe ausgewählt ist, R ein Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen und x gleich der Zahl der Valenzbindungen von M ist.

6. Aufzeichnungsglied nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallester aus der Gruppe: Ti(OR)₄ und Al(OR)₃
und das Silan aus der Gruppe: gamma-Glycidoxypropyltrimethoxysilan und gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilan ausgewählt ist.

7. Aufzeichnungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallester Ti(OR)₄ und das Silan gamma-Glycidoxypropyltrimethoxysilan ist.

8. Aufzeichnungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallester Tetraisopropyltitanat ist.

9. Aufzeichnungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis von Metallester zu Silan etwa 1:0,5 bis etwa 1:7 beträgt.

10. Aufzeichnungsglied nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem ein Epoxid enthalten ist, das nur Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff enthält, und das Gewichtsverhältnis dieses Epoxids zu dem reaktiven Silan etwa 10:90 bis 25:75 beträgt und dieses Epoxid ausgewählt ist aus Diglycidylethern von mehrwertigen Phenolen, Glycidylethern von Novolakharzen, Glycidylethern von aliphatischen Polyolen und stickstoffhaltigen Glycidylethern.

11. Aufzeichnungslied nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Epoxid einen Diglycidylether eines mehrwertigen Phenols aufweist.

12. Aufzeichnungsglied nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Diglycidylether eines mehrwertigen Phenols das Kondensationsprodukt von Epichlorhydrin und Bisphenol A umfaßt.

13. Aufzeichnungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Beschichtung aus einem Polymer mit mindestens 15 Gew.-% Einheiten aus einem Silan mit endständigem Epoxyd der folgenden Formeln besteht: worin
R⁵ jeweils unabhängig ein nichthydrolisierbarer zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest mit weniger als 20 Kohlenstoffatomen oder ein zweiwertiger Rest mit weniger als 20 Kohlenstoffatomen ist, dessen Gerüstkette aus C-Atomen besteht, die durch einzelne N- und/oder O-Atome unterbrochen sein können, wobei die O-Atome in Form von Etherbrücken vorliegen,
a = 1, 2 oder 3
b = 0 oder 1, und
R⁶ ein aliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit weniger als 10 Kohlenstoffatomen, ein Acylrest mit weniger als 10 Kohlenstoffatomen oder ein Rest der Formel ist, worin k eine ganze Zahl von mindestens 1 und Z Wasserstoff oder ein aliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit weniger als 10 Kohlenstoffatomen ist, wobei das Polymer in Gegenwart einer katalytisch aktiven Menge eines hochfluorierten sulfonylischen Katalysators mit zwei hochfluorierten aliphatischen Sulfonylgruppen, die direkt an ein Imid oder ein Methylen gebunden sind, oder eines hochfluorierten Sulfonsäurekatalysators aus einer hochfluorierten aliphatischen Sulfonsäure oder eines Salzes derselben gehärtet wurde.

14. Aufzeichnungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitfähige Träger gegenüber sichtbarem Licht transparent ist.

15. Aufzeichnungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Beschichtung gegenüber sichtbarem Licht transparent ist.

16. Aufzeichnungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der dielektrischen Beschichtung etwa 0,3 µm bis etwa 3,0 µm beträgt.

17. Aufzeichnungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufzeichnungsglied flexibel ist.