DE69632559T2

DE69632559T2 - Aufladeelement, Arbeitseinheit und dieses Aufladeelement verwendendes elektrophotographisches Gerät

Info

Publication number: DE69632559T2
Application number: DE69632559T
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Mizoe; Shuichi Aita; Fumihiro Arahira; Yoshifumi Hano
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2016-03-30
Also published as: US5805961A; EP0735438A3; EP0735438B1; DE69632559D1; EP0735438A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Aufladungselement zur Bilderzeugung, insbesondere auf ein Aufladungselement, welches ein Objekt mit Elektrizität gleichförmig auflädt, wenn das Aufladungselement in Kontakt mit dem Objekt gebracht wird und eine Spannung angelegt wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Prozesskassette und ein elektrophotographisches Gerät, das das Aufladungselement verwendet.
Ein Bilderzeugungsgerät, wie etwa ein elektrophotographisches Gerät, verwendet im allgemeinen eine Koronaaufladungsvorrichtung oder eine Kontaktaufladungsvorrichtung.
Eine Kontaktaufladungsvorrichtung lädt ein aufzuladendes Objekt in Kontakt mit diesem unter einer DC-Spannung oder einer oszillierenden Spannung mit AC-DC-Überlagerung, die auf das Aufladungselement angelegt ist, auf. Zum Beispiel, wie in der Japanischen Veröffentlichten Patentanmeldung Nr. 63-149669 offenbart, bildet ein derartiges Kontaktaufladungselement ein oszillierendes elektrisches Feld, von welchem die Peak-zu-Peak-Spannung zweimal so hoch wie die Initiierungsspannung des aufzuladenden Objektes zwischen dem Kontaktaufladungselement und dem aufzuladenden Objekt ist, um das aufzuladende Objekt aufzuladen.
Im folgenden wird ein Beispiel für den Aufbau eines Kontaktaufladungselements beschrieben.
4 ist eine Schnittansicht einer Aufladungswalze als ein Aufladungselement. Die Aufladungswalze 6 ist aus einer elektrisch leitenden Basis 3 (ein Aufspanndorn) als ein Unterstützungselement, einer elektrisch leitenden elastischen Schicht 4 mit einer notwendigen Elastizität zum Ausbilden einer ebenen Noppe mit dem aufzuladenden Objekt und eine aufladbaren Schicht 7 mit einem moderaten Widerstand zum Steuern des elektrischen Widerstands der Aufladungswalze 6 aufgebaut.
Die elastische Schicht 4 ist aus einem elektrisch leitenden Material zusammengesetzt, das aus einem festen Kautschuk hergestellt ist, wie etwa ein Acrylkautschuk, ein Urethankautschuk, und ein Silikonkautschuk, und ein elektrisch leitender Füllstoff, wie etwa ein Metalloxid und Ruß, die in dem Kautschuk dispergiert sind.
Die aufladbare Schicht 7 besitzt gewöhnlich einen moderaten spezifischen Widerstand, und ist zusammengesetzt, so dass sie eine schlechte Elektrifizierung in dem bilderzeugenden Bereich ergibt, sogar wenn das aufzuladende Objekt einen Defekt, wie etwa ein Nadelloch, aufweist. Die aufladbare Schicht mit moderatem spezifischen Widerstand wird durch Eintauchbeschichten, Sprühbeschichten, Walzentransferbeschichten oder ein ähnliches Verfahren ausgebildet, wobei eine flüssige Mischung eines Harzes aufgetragen wird, wie etwa Acrylharze, Nylonharze, Polyesterharze, Polyurethanharze, Phenolharze und Styrolharze, und ein elektrisch leitender Füllstoff, wie etwa ein Metalloxid, wie Titanoxid und Zinnoxid und Ruß, die darin dispergiert sind.
Als nächstes wird ein bilderzeugendes Gerät, das mit der vorstehend erwähnten Kontaktaufladungswalze ausgestattet ist, unter Verwendung eines Laserstrahldruckers vom reversen Entwicklungstyp als ein Beispiel erläutert.
6 zeigt eine Struktur eines Kontaktaufladungsgeräts 8. Eine Aufladungswalze 6 ist ungefähr parallel zu einer lichtempfindlichen Trommel 9 platziert, dem aufzuladenden Objekt. Die Aufladungswalze wird gegen die lichtempfindliche Trommel 9 mit Federn 10, die an beiden Enden der elektrisch leitenden Basis der Aufladungswalze bereitgestellt sind, gepresst, um eine Kontaktnoppe mit einer gegebenen Breite auszubilden. Die Aufladungswalze wird in diesem gepressten Zustand rotiert, angetrieben durch die lichtempfindliche Trommel, die mit einer vorherbestimmten Verfahrensgeschwindigkeit rotiert, um anschließend die Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel aufzuladen. Das Bezugszeichen 17 gibt eine Spannungsquelle an.
5 veranschaulicht schematisch einen Laserstrahldrucker, der mit einer Prozesskassette ausgestattet ist, die das zuvor erwähnte Kontaktaufladungselement aufweist. Ein lichtempfindliches Element 9 wird elektrisch mit dem Kontaktaufladungselement 6 aufgeladen und mit einem Laserlichtstrahl 11 abgetastet, um ein elektrostatisches latentes Bild auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes auszubilden. Das ausgebildete elektrostatische latente Bild wird (durch reverse Entwicklung) durch eine Entwicklungsvorrichtung 12 in ein Tonerbild entwickelt. Das Tonerbild wird auf ein Bildempfangsmedium 14 übertragen, das dem Presskontaktbereich zwischen der Transfervorrichtung 13 und dem lichtempfindlichen Element zugeführt wurde. Nach dem Bildtransfer wird der verbleibende Toner auf dem lichtempfindlichen Element durch eine Reinigungsvorrichtung 15 entfernt, um das lichtempfindliche Element für die anschließende Bildgebung vorzubereiten. Das Bildempfangsmedium nach dem Tonerbildtransfer wird einer Fixiervorrichtung 16 zur Tonerbildfixierung zugeführt, und wird aus dem Gerät als eine Kopie entladen. Das elektrophotographische lichtempfindliche Element 9, das Aufladungselement 6, die Entwicklungsvorrichtung 12 und die Reinigungsvorrichtung 15 sind in eine Prozesskassette integriert, welche abnehmbar im Hauptkörper des Druckers mit einer Führungseinrichtung, wie etwa einer Schiene 19, platziert ist.
Das zuvor erwähnte Kontaktaufladungselement, welches eine aufladbare Schicht besitzt, die aus einem Harz und einem elektrisch leitenden Füllstoff umfasst ist, kann das lichtempfindliche Element während langer Benützungsdauer abschleifen, um die Aufladbarkeit zu verschlechtern. Ein Grund für die Abrasion ist die Presskontaktrotation des Kontaktaufladungselementes. Bei dem Kontaktaufladen ist jedoch ein bestimmter Kontaktdruck für einen gleichförmigen Kontakt zwischen dem Aufladungselement und dem lichtempfindlichen Element unerlässlich, um eine ausreichende Aufladbarkeit zu erhalten. Ferner kann sich der spezifische Oberflächenwiderstand des Aufladungselementes ändern, um deren Aufladbarkeit zu verschlechtern, wenn irgendwelcher verbleibender Toner nach dem Tonerbildtransfer, oder ein Pulver, das von dem lichtempfindlichen Element abgestoßen bzw. abgerieben wurde, an der Oberfläche des Aufladungselementes anhaftet.
Zwei Aufladungselemente, die aus einem elektrisch leitenden Fasermaterial ausgebildet sind, sind in US-Patent Nr. 4,371,252 und der Veröffentlichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 6-274009 offenbart. Das im US-Patent Nr. 4,371,252 offenbarte Aufladungselement ist aus einem Basismaterial, einer elastischen Schicht, einer Elektrodenschicht und einer Kontaktschicht zusammengesetzt, und die Kontaktschicht, welche das lichtempfindliche Element durch Kontakt auflädt, ist aus einem Faseraufbau umfasst. Das Aufladungselement, das in der Veröffentlichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 6-274009 offenbart ist, ist aus einer elektrisch leitenden Halterung, einem elastischen Kernmaterial und einem elektrisch leitenden nicht gewebtem Stoff zusammengesetzt, um in Kontakt mit dem lichtempfindlichen Element zu sein. Faserhaltige Materialien sind vielversprechend, da sie wenig Abrasion der lichtempfindlichen Elementoberfläche im Vergleich mit der zuvor erwähnten Harzschicht verursachen.
Jedoch kommt ein Material aus gesponnener Faser im allgemeinen nicht ausreichend mit einem aufzuladenden Objekt in Kontakt, was unzureichende Aufladbarkeit verursacht. Daher werden beim Kontaktaufladen unter Verwendung eines faserhaltigen Aufladungselementes verschiedene Maßnahmen zur Zeit vorgenommen, zum Beispiel Anheben des Kontaktdrucks, Zunahme der Kontaktfläche (Noppe), um den Abfall der Aufladbarkeit zu verhindern. Als Konsequenz wird die Abrasion der lichtempfindlichen Schicht noch nicht ausreichend bei einer Langzeitverwendung verhindert. Darüber hinaus haftet aufgrund des unzureichenden Kontakts des faserhaltigen Elementes mit dem lichtempfindlichen Element verbleibender Toner oder dergleichen an dem faserhaltigen Element, was die Aufladbarkeit unvorteilhafter Weise herabsenkt.
Auch offenbart ist ein anderer Typ von Aufladungselement, der eine elastische Schicht verwendet, die aus einem Kautschuk mit niedriger Härte oder einem geschäumten Material zusammengesetzt ist, um ausreichenden Kontakt bei einem niedrigen Kontaktdruck zum Zweck des Verhinderns von Oberflächenabrasion des lichtempfindlichen Elementes zu erhalten. Obwohl die niedrige Härte der elastischen Schicht die Abrasion des lichtempfindlichen Elementes im Vergleich mit herkömmlichen Aufladungselementen vermindert, wird die Abrasion nicht vollständig verhindert, aufgrund der Friktion zwischen der Harzaufladungsschicht und dem lichtempfindlichen Element.
Kontaktaufladen wird grob in zwei Gruppen eingeteilt. Die herkömmliche ist die Verwendung von elektrischer Entladung. Die andere ist, Ladung, wie in EPA576203 und EPA615177 beschrieben, in welcher eine Ladungsinjektionsschicht als die Oberflächenschicht des lichtempfindlichen Elementes bereitgestellt wird und elektrische Ladung direkt aus dem Aufladungselement in die Oberflächenschicht eingespritzt wird. Dieses Injektionsaufladungsverfahren, welches keine elektrische Entladung verwendet, ist hoch vorteilhaft beim Herabsenken der angelegten Spannung und Verhindern von Ozonerzeugung. In dem Injektionsaufladungsverfahren beeinträchtigt die Kontakteigenschaft des Aufladungselementes jedoch erheblich die Aufladbarkeit im Vergleich mit dem herkömmlichen Kontaktaufladen, da die Ladung nur durch die Kontaktpunkte zwischen dem Aufladungselement und der Ladungsinjektionsschicht eingespritzt wird. Wenn daher ein herkömmliches Aufladungselement mit einer Harzoberflächenschicht oder eine Bürste bei dem Injektionsaufladen verwendet wird, können Abfall der Aufladbarkeit aufgrund unzureichenden Kontaktes noch bemerkenswerter auftreten.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Aufladungselement bereitzustellen, welches einen herausragenden Kontakt mit einem aufzuladenden Objekt besitzt.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Aufladungselement bereitzustellen, welches die Oberfläche eines Objektes, das häufig aufgeladen wird, nicht abschleift.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Aufladungselement bereitzustellen, welches gleichförmig ein wiederholt aufzuladendes Objekt aufladen kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Prozesskassette und ein elektrophotographisches Gerät bereitzustellen, das das vorstehende Aufladungselement verwendet.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Aufladungselement bereitgestellt, welches ein aufzuladendes Objekt elektrisch auflädt, indem dieses in Kontakt mit dem aufzuladenden Objekt gebracht wird und indem an dieses eine Spannung angelegt wird, das umfasst:
eine elektrisch leitende Basis und Kontaktbürstenborsten, die in Kontakt mit dem aufzuladenden Objekt kommen, und dadurch gekennzeichnet, dass die Bürstenborsten wenigstens eines aus Ätzfasern und geteilten Fasern umfassen, die aus konjugierten Fasern erhalten wurden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Prozesskassette bereitgestellt, die das vorstehende Aufladungselement mit den Merkmalen von Anspruch 7 verwendet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektrophotographisches Gerät bereitgestellt, das das vorstehende Aufladungselement mit den Merkmalen von Anspruch 12 verwendet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht einer Aufladungsbürstenwalze der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Frontansicht und eine Seitenansicht einer Aufladungsbürstenklinge der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Schnittansicht eines Aufladungsbürstengürtels der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Schnittansicht einer herkömmlichen Aufladungswalze.
5 veranschaulicht einen Aufbau des Hauptteils eines Laserstrahldruckers, der mit einer Prozesskassette mit dem Kontaktaufladungselement ausgestattet ist.
6 ist eine Frontansicht einer Kontaktaufladungsvorrichtung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Das Aufladungselement der vorliegenden Erfindung wird in Kontakt mit einem aufzuladenden Objekt platziert, um das Objekt aufzuladen, indem eine Spannung angelegt wird. Dieses umfasst eine elektrisch leitende Basis und Bürstenborsten zum Kontakt mit dem Objekt, und die Bürstenborsten umfassen wenigstens eines aus Ätzfasern und geteilten Fasern, die aus konjugierten Fasern erhalten wurden.
Die Kontaktbürstenborsten der vorliegenden Erfindung sind Filamente, die in einen Basisstoff eingewebt sind, wie etwa ein gewebter Stoff, ein nicht-gewebter Stoff und ein ähnliches Blattmaterial durch W-Weben, V-Weben oder eine ähnliche Webtechnik, oder Filamente, die auf einen Basisstoff durch elektrostatisches Implantieren oder Adhäsion implantiert sind, um eine Bürste auszubilden.
Das Filament, das die Kontaktbürstenborsten zusammensetzt, besitzt einen durchschnittlichen Durchmesser F in dem Bereich von: 0,05 μm ≤ F ≤ 30 μm
In dem vorstehenden Bereich können die Kontaktbürstenborsten ausreichenden Kontakt mit dem lichtempfindlichen Element erreichen, und können dieses gleichförmig über eine lange Dauer sogar unter spezifischen Bedingungen aufladen, wie etwa hohe Temperatur und hohe Feuchtigkeit, oder niedrige Temperatur und niedrige Feuchtigkeit. Ferner adsorbieren und reinigen die Borsten aufgrund der großen spezifischen Oberfläche feine Teilchen, um effektiv einen verbleibenden Toner nach dem Tonerbildtransfer zu entfernen. Der vorstehende durchschnittliche Filamentdurchmesser F wird gemessen, indem eine Elektronmikrophotographie aufgenommen wird, dann 10 Flächen zufällig in der Mikrophotographie ausgewählt werden und 10 Fasern in jeder Fläche für den Faserdurchmesser (n = 100) gemessen werden, um den Durchschnitt zu berechnen.
Wenn der durchschnittliche Filamentdurchmesser F weniger als 0,05 μm beträgt, wird die Haltbarkeit der Bürste gering und die anfängliche Bildqualität kann nicht beibehalten werden, obwohl die Abrasionsverhinderung des lichtempfindlichen Elementes ausreichend ist. Mit Zunahme des durchschnittlichen Durchmessers F nimmt die Kontaktfläche mit dem Aufladungsobjekt ab, und die Bürsten mit dem durchschnittlichen Durchmesser F von mehr als 30 μm benötigen eine höhere Spannungsanlegung zum gleichförmigen Aufladen.
Die Bürste mit Kontaktbürstenborsten der vorliegenden Erfindung besitzt einen spezifischen Widerstand R, vorzugsweise in dem Bereich: 1 × 103 Ω ≤ R ≤ 1 × 109 Ω
Verwendung der Kontaktbürste mit dem spezifischen Widerstand R von weniger als 1 × 10³ Ω kann ein Leck bei Anwesenheit eines Nadelloches auf dem lichtempfindlichen Element verursachen, um zu einem unzureichenden Aufladen zu führen, wohingegen die Verwendung der Kontaktbürste mit dem spezifischen Widerstand R von mehr als 1 × 10⁹ Ω nicht gleichförmiges Aufladen verursachen kann. Der spezifische Widerstand der Kontaktbürstenborsten wird aus dem elektrischen Strom berechnet, welcher aus den Kontaktbürstenborsten zu einem elektrisch leitenden Metallelement fließt, das in Kontakt mit diesem unter Anlegung von DC 100 V rotiert.
Die Ätzfaser, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird hergestellt, indem eine Faser mit einer Säure oder einem Alkali behandelt wird, um eine spezifische Komponente aus den Faserkomponenten zu entfernen. Die Ätzfaser beinhaltet synthetische Fasern, natürliche Fasern, semisynthetische Fasern und regenerierte Fasern. Die synthetischen Fasern beinhalten im einzelnen Polyamide, wie etwa Nylon-6, Nylon-66, Nylon 12, Nylon 46 und Aramide; Polyester wie etwa Polyethylenterephthalat (PET); Polyolefine, wie etwa Polyethylen (PE) und Polypropylene (PP); Polyvinylalkohole, Polyvinylchloride, Polyvinylidenfasern, Polyacrylnitrilfasern, Polyphenylensulfidfasern, Polyurethanfasern, Polyfluorethylenfasern, Kohlenstofffasern und Glasfasern. Die natürlichen Fasern beinhalten im einzelnen Seide, Baumwolle, Wolle und Hanf. Die halbsynthetischen Fasern beinhalten im einzelnen Acetatfasern. Die regenerierten Fasern beinhalten im einzelnen Kunstseide und Kupferammoniumkunstseide.
Eine konjugierte Faser, die aus zwei oder mehreren der vorstehenden Fasermaterialien durch Konjugatspinnen hergestellt wurde, kann in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die Konjugatfaser zum chemischen Ätzen beinhaltet Fasern vom Kernumhüllungstyp, welche eine einzelne ultrafeine Faser ergeben, und Fasern vom See-Insel-Typ, welche mehrere ultrafeine Fasern ergeben. Ein Beispiel für eine derartige Konjugatfaser ist eine Faser, die durch Konjugatspinnen eines hydrolysierbaren Harzes, wie etwa eines Polyester- und eines nicht-hydrolysierbaren Harzes, wie etwa eines Polyamids, eines Polyolefins, und einem Polyacrylharz, hergestellt wurde.
Die Konjugatfaser wird mit einer Säure, einem Alkali oder dergleichen zur Hydrolyse behandelt, um die nicht-hydrolysierbare Harzfaser zu erhalten. Alternativ kann die Konjugatfaser durch Konjugatspinnen eines lösungsmittellöslichen Harzes und eines lösungsmittelunlöslichen Harzes hergestellt werden.
Eine Faser vom See-Insel-Typ wird zum Beispiel aus einem hydrolysierbaren PET als der See- und einem nicht-hydrolysierbaren Nylon-6 als die Insel durch Konjugatspinnen hergestellt, und die resultierende Konjugatfaser wird mit einem Alkali, wie etwa wässrigem Natriumhydroxid und wässrigem Kaliumhydroxid, zur Hydrolyse behandelt, um die PET-See-Komponente zu entfernen, wobei so die Nylon-6-Inseln als ultrafeine Fasern zurückgelassen werden.
Die geteilte Faser, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann hergestellt werden, indem eine Faser verteilt wird, wobei der Unterschied in dem thermischen Kontraktionskoeffizient verwendet wird oder externe Kraft zugegeben wird und die aus den vorstehend erwähnten synthetischen Fasern, natürlichen Fasern, halbsynthetischen Fasern und regenerierten Fasern abgeleitet sind.
Im einzelnen werden nicht-kompatible thermoplastische Harze durch Konjugatspinnen gesponnen, und die resultierende Faser wird gestreckt und wärmebehandelt, wodurch die Faser aufgrund der Differenz zwischen den Kontraktionsraten der Komponenten geöffnet und gespalten wird. Ein Beispiel für die Kombination der nicht-kompatiblen thermoplastischen Harze ist ein Polyester und ein Nylon oder Polypropylen.
Alternativ können die geteilten Fasern hergestellt werde, indem eine Faser durch Hochdruck-Wasserausstoß oder Nadeleinstechen geteilt wird, um ultrafeine Filamente auszubilden. In diesem Verfahren zum effizienteren Teilen der Faser kann die konjugate Faser verwendet werden, welche aus Harzen mit verschieden Kontraktionseffizienten zur Bildung der ultrafeinen Filamente zusammengesetzt ist. Ein Beispiel für die Kombination der nicht-kombatiblen thermoplastischen Fasern ist ein Polyester und ein Nylon oder Polypropylen.
Die Ätzfasern und die geteilten Fasern besitzen eine feine Oberflächenrauheit, welche einen ausreichenden Kontakt mit dem aufzuladenden Objekt ermöglicht, um gleichförmiges Aufladen zu erreichen. Dieser Effekt wird insbesondere beim Injektionsaufladen deutlich.
Die Kontaktbürstenborsten können in der vorliegenden Erfindung elektrisch leitend gemacht werden, zum Beispiel, indem ein Harz verwendet wird, welches durch sich selbst elektrisch leitend ist, indem ein elektrisch leitender Füllstoff vor dem Spinnen zugegeben wird, oder indem ein elektrisch leitendes Polymer angewendet wird, wie etwa elektron-konjugate Polymere für die elektrische Leitfähigkeit. Der zuvor erwähnte elektrisch leitende Füllstoff beinhaltet Pulvermetalle, wie etwa Eisen, Kupfer und Silber; Pulverkompositmetalle, wie etwa Zinkoxid, Zinnoxid, Titanoxid, und Kupfersulfat; oder elektrisch leitender pulverförmiger Kohlenstoff, wie etwa Ruß. Von diesen Verfahren sind Vermischen von elektrisch leitendem pulverförmigen Kohlenstoff und Behandlung mit elektron-konjugatem Polymer zur elektrischen Leitfähigkeit bevorzugt. Insbesondere bevorzugt ist die Behandlung mit elektron-konjugatem Polymer zur elektrischen Leitfähigkeit.
Das geeignete elektron-konjugate Polymer beinhaltet Polypyrrol, Polythiophen, Polychinolin, Polyphenylen, Polynaphthylen, Polyacetylen, Polyphenylensulfid, Polyanilin, Polyphenylenvinylen und Polymere, die ein Pyrrolderivat oder ein Thiophenderivat enthalten. Diese Polymere können einzeln oder in Kombination von zwei oder mehreren verwendet werden. Von diesen sind insbesondere bevorzugt: Polypyrrol und Polythiophen, die Heterocyclen in dem Polymermolekül aufweisen, Polyanilin, das Stickstoffatome und Homozyklen in dem Polymermolekül aufweist, und Polymere, die ein Derivat davon enthalten, wegen dem Hochspannungswiderstand und Beibehaltung von stabilem elektrischen Widerstand für eine lange Zeitdauer.
Das Verleihen der elektrischen Leitfähigkeit durch ein elektrisch leitendes Polymer wird zum Beispiel durch irgendeines der folgenden Verfahren durchgeführt: (1) ein Polymerisationsinitiator wird darin imprägniert, oder auf die Faser angewendet, und ein Precursormonomer des elektrisch leitenden Polymers wird in Kontakt gebracht, um auf der Oberfläche der Faser zu polymerisieren, (2) das Monomer wird darin imprägniert, oder auf die Faser angewendet, und dann wird ein Polymerisationsinitiator in Kontakt damit gebracht, um Polymerisation auf der Oberfläche der Faser zu verursachen, und (3) eine Lösung eines elektrisch leitenden Polymers in einem Lösungsmittel wird direkt darin imprägniert, oder auf die Faser angewendet. Das Monomer wird in einem Dampf- oder Lösungszustand verwendet, und die Imprägnierung oder Beschichtung wird durch Eintauchen, Sprühbeschichten, Walzenübertragung oder ähnliche Verfahren durchgeführt.
Das Verleihen der elektrischen Leitfähigkeit an die Faser kann in irgendeinem Schritt des Aufladungselementsherstellungsverfahrens gegenüber den Fasern, gegenüber den Bürstenborsten oder dem Aufladungselement durchgeführt werden.
Das Verfahren der Anwendung des elektrisch leitenden Polymers wird nachstehend im einzelnen beschrieben.
Polypyrrol wird z. B. wie folgt angewendet. Die PET-Faser wird in 10 Gew.-% wässrige Eisenchloridlösung (ein Oxidationskatalysator) für 2 Stunden eingetaucht, um Eisenchlorid zu adsorbieren. Der Überschuss der wässrigen Lösung wird durch Lufttrocknen oder Walzenpressen entfernt. Die Faser wird in einen geschlossenen Behälter gestellt, der mit Dampf oder einem Pyrrolmonomer gefüllt ist. Hierdurch unterzieht sich das Pyrrolmonomer einer Gasphasenpolymerisation, um elektrisch leitendes Polypyrrol auf der Faser auszubilden. Die elektrische Leitfähigkeit kann wie gewünscht gesteuert werden, indem die Menge (oder Konzentration) des Monomers, das in den Behälter gefüllt ist, die Gasphasenpolymerisationszeit, die Menge des Polymerisationskatalysators, die Polymerisationstemperatur und andere Bedingungen gesteuert werden. Nach der Reaktion wird die Faser ausreichend gewaschen und durch Erhitzen getrocknet. Der Zustand der getrockneten Bürstenborsten wird, sofern gewünscht, von einem aufrechten Zustand zu einem geneigten bzw. schrägen Zustand zum Beispiel durch Zentrifugalrotation der Bürste unter Hochfeuchtigkeitsbedingungen eingestellt.
Zudem kann die Polymerisation des Pyrrolmonomers auf der Faser durchgeführt werden, indem die Faser, auf die ein Polymerisationskatalysator aufgetragen wurde, in flüssiges Pyrrolmonomer eingetaucht wird. Bei dieser Polymerisation kann der elektrische Widerstand durch Verdünnen des flüssigen Pyrrolmonomers mit einem geeigneten Lösungsmittel und Steuern der Polymerisationsreaktionszeit gesteuert werden.
Wenn Polyanilin als das lösliche elektrisch leitende Polymer verwendet wird, wird das Polyanilin wie folgt aufgetragen. Zunächst wird lösliches Polyanilin durch chemische Oxidationspolymerisation in Gegenwart von Ammoniumperoxodisulfat (ein Oxidationsmittel) und Schwefelsäure (eine Protonensäure) hergestellt, und dieses mit wässrigem Ammoniak behandelt. Das erhaltene Polymer wird in NMP-Lösungsmittel in einer Konzentration in dem Bereich von 1 bis 10 Gew.-% aufgelöst. Diese Lösung wird auf die Faser durch Sprühbeschichten angewendet, und das Lösungsmittel wird durch Erhitzen oder durch Vakuum entfernt. Hierdurch wird die Faser elektrisch leitend gemacht. Als das Lösungsmittel für Polyanilin ist N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) am meisten geeignet, aber N,N-Dimethylacetamid und N,N-Dimethylformamid sind auch geeignet.
Um die Imprägnierung oder Beschichtung des Vorläufermonomers des elektrisch leitenden Polymers zu verbessern, können der Polymerisationskatalysator und die elektrisch leitende Polymerlösung, die Faser modifiziert werden, indem mit einer Säure, einem Alkali oder einem organischen Lösungsmittel geätzt wird, oder mit einem Kupplungsmittel oder dergleichen behandelt wird.
Der Basisstoff, in welchem die Kontaktbürstenborsten in der vorliegenden Erfindung gewebt oder implantiert ist, beinhaltet gewebte Stoffe oder synthetische Fasern, natürliche Fasern, halbsynthetische Fasern, regenerierte Fasern etc., wie vorstehend erwähnt, durch Vollweben etc.; nicht-gewebte Stoffe, die aus kurzen Fasern der vorstehend erwähnten Fasern hergestellt wurden; und ein Blatt aus einem Harz oder Kautschuk.
Das Material für die elektrisch leitende Basis beinhaltet Metalle und Legierungen, wie etwa Aluminium, Aluminiumlegierungen, und rostfreien Stahl; und Harze, die elektrisch leitende Teilchen enthalten, die darin dispergiert sind, wie etwa elektrisch leitender Ruß, Metallteilchen und elektrisch leitende Metalloxidteilchen. Die elektrisch leitende Basis kann in der Gestalt eines Balkens, einer Platte, einem Balken mit Winkel, einer Klinge oder dergleichen sein.
In der vorliegenden Erfindung kann eine elektrisch leitende elastische Schicht zwischen dem Basisstoff der Kontaktbürste und der elektrisch leitenden Basis bereitgestellt werden. Das elastische Material hierfür beinhaltet synthetische Kautschuke, wie etwa EPDM, NBR, Butylkautschuk, Acrylkautschuk, Urethankautschuk, Polybutadien, Butadien-Styrolkautschuk, Butadien-Acrylnitrilkautschuk, Polychloropren, Polyisopren, chlorosulfoniertes Polyethylen, Polyisobutylen, Isobutylen-Isoprenkautschuk, Fluorkautschuk und Silikonkautschuk; und natürlichen Kautschuk. Ein derartiges elastisches Material kann geblasen werden, wenn gewünscht, in einen Schaum mit einer geeigneten Zellgröße unter Verwendung eines Schäumungsmittels oder dergleichen. Das elastische Material kann leicht durch Zugabe eines elektrisch leitenden Füllstoffs elektrisch leitend hergestellt werden. Der elektrisch leitende Füllstoff beinhaltet Pulver und Fasern aus Metall, wie etwa Aluminium, Nickel, rostfreier Stahl, Palladium, Zink, Eisen, Kupfer, und Silber; pulverförmige Verbindungsmetalle, wie etwa Zinkoxid, Zinnoxid, Kupfersulfid, und Zinkoxid; und pulverförmige Kunststoffe, wie etwa Acetylenschwarz, Ketjenschwarz, Kohlenstoff vom PAN-Typ und Kohlenstoff vom Pitch-Typ. Diese Füllstoffe können alleine oder in Kombination von zwei oder mehreren verwendet werden.
Das Aufladungselement mit den Kontaktbürstenborsten der vorliegenden Erfindung kann in einer Gestalt einer Walze, einer Klinge, eines Gürtels oder dergleichen sein. Von diesen sind der Walzentyp und der Gürteltyp bevorzugt.
Beispiele des Aufbaus des Aufladungselementes der vorliegenden Erfindung sind nachstehend beschrieben.
1 zeigt eine Aufladungsbürstenwalze 1. Ein Bürstenstoff, der aus einem Basisstoff und Kontaktbürstenborsten 2 zusammengesetzt ist, die darauf implantiert sind, ist um eine elektrisch leitende Basis (Kernmetall) 3 angebracht. Das Anbringen wird zum Beispiel durchgeführt, indem ein schmaler Streifen des Bürstenstoffs auf das Kernmetall gebunden wird, oder indem ein Bürstenstoff der Bürstengröße um das Kernmetall angeheftet wird.
2 zeigt eine Aufladungsklinge. Ein Bürstenstoff, der aus einem Basisstoff und Kontaktbürstenborsten 2, die darauf implantiert sind, umfasst ist, wird auf eine klingenförmige elektrisch leitende Basis 3 angebracht. Die Klinge kann unter Oszillation, vorwärts und rückwärts bewegt werden, oder nach links und rechts mittels eines Vibrators (nicht in der Zeichnung gezeigt).
3 zeigt ein gürtelförmiges Aufladungselement. Bezugszeichen 2 gibt die Kontaktbürstenborsten 2 an, und Bezugszeichen 4 eine gürtelförmige elektrisch leitende elastische Schicht. Der Gürtel 4 wird zwischen einer elektrisch leitenden Basis 3 gehalten, die als eine Antriebswalze dient, und einer Antriebswalze 5, die angetrieben wird. Die Kontaktbürste der vorliegenden Erfindung ist auf dem Gürtel 4 angebracht. Das Anbringen der Kontaktbürste wird zum Beispiel durchgeführt, indem ein schmaler Streifen des Kontaktbürstenstoffs spiralartig, wie in 1 gezeigt, gewunden wird, oder indem ein breiter Bürstenstoff in ein Rohr gewunden wird, der dem rotierenden Gürtel entspricht. Anstelle des zweiachsigen Gürtelantriebssystems in 3 kann der Gürtel durch drei (oder mehr) Walzensysteme angetrieben werden, wobei die Antriebswalze in 3 durch eine zweite Antriebswalze ersetzt wird und eine Antriebswalze neu bereitgestellt wird.
Das lichtempfindliche Element, welches das aufzuladende Objekt der vorliegenden Erfindung ist, ist von irgendeinem Typ mit wenigstens einer lichtempfindlichen Schicht, die auf einem elektrisch leitenden Unterstützungselement gebildet ist. Wenn notwendig, kann eine Schutzschicht oder eine Ladungsinjektionsschicht auf der lichtempfindlichen Schicht ausgebildet werden.
Die Ladungsinjektionsschicht besitzt einen spezifischen Volumenwiderstand, der vorzugsweise in dem Bereich von 1 × 10⁸ bis 1 × 10¹⁵ Ωcm, weiter bevorzugt von 1 × 10¹⁰ bis 1 × 10¹⁵ Ωcm eingestellt ist, um Bildverschmieren zu verhindern, und weiter bevorzugt in dem Bereich von 1 × 10¹² bis 1 × 10¹⁵ Ωcm, um Bildverschmieren zu verhindern und ausreichendes Aufladen sogar unter einer schnellen Änderung der Umweltbedingungen zu erreichen.
Wenn der spezifische Volumenwiderstand niedriger als 1 × 10⁸ Ωcm ist, tendiert das Halten eines elektrostatischen latenten Bildes unvollständig zu werden, um Bildverschmieren zu verursachen, wohingegen bei einem spezifischen Volumenwiderstand von mehr als 1 × 10¹⁵ Ωcm das Einspritzen der elektrischen Ladung aus dem Aufladungselement dazu tendiert, unzureichend zu werden, was unzureichendes Aufladen verursacht.
Der spezifische Volumenwiderstand der Ladungseinspritzschicht wird wie folgt gemessen. Eine Ladungseinspritzschicht wird auf einem elektrisch leitenden Film, der auf einem Polyethylenterephthalat(PET)-Blatt dampfabgeschieden ist, ausgebildet und die Messung wird bei einer Temperatur von 23°C und Feuchtigkeit von 65% durch Anwendung einer Spannung von 100 V mit einer spezifischen Volumenwiderstandstestvorrichtung durchgeführt (4140B pA-Messgerät, hergestellt durch Hewlett Packard Co.).
Die Aufladungseinspritzschicht der vorliegenden Erfindung beinhaltet: (1) eine Harzschicht, die aus einem isolierenden Bindemittelharz und einer geeigneten Menge von lichtdurchlässigen und elektrisch leitenden Teilchen besteht, die darin dispergiert sind, (2) eine anorganische Schicht, die aus einem Halbleiter oder dergleichen zusammengesetzt ist und (3) eine organische Schicht, die aus einem elektrisch leitenden Polymer zusammengesetzt ist.
Die Ladungseinspritzschicht, die auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes ausgebildet ist, dient zum Halten der Ladung, die aus dem Aufladungselement bei einer Haltungseffizienz von 90% oder höher eingespritzt wurde, und dient auch dazu, die Ladung bei Bildbelichtung des Trägers des lichtempfindlichen Elementes freizusetzen, um das restliche Potential herabzusenken.
Die Ladungseinspritzschicht wird nachstehend genauer erläutert.
In der vorstehend erwähnten Harzschicht (1) beinhaltet das Bindemittelharz Polyesterharze, Polycarbonatharze, Polystyrolharze, Fluorharze, Celluloseharze, Vinylchloridharze, Polyurethanharze, Acrylharze, Epoxidharze, Siliconharze, Alkydharze und Vinylchlorid-Vinylacetatcopolymerharze. Das Material für die elektrisch leitenden feinen Teilchen beinhaltet Metalle, wie etwa Kupfer, Aluminium, Silber, und Nickel; Metalloxide, wie etwa Zinkoxid, Zinnoxid, Antimonoxid, Titanoxid und feste Lösungen und deren schmelzgebundene Materien: und elektrisch leitende Polymere, wie etwa Polyacetylen, Polythiophen und Polypyrrol. Angesichts der Lichtdurchlässigkeit des lichtempfindlichen Elementes sind hochtransparente Metalloxide, wie etwa Zinnoxid, bevorzugt.
Der Teilchendurchmesser der elektrisch leitenden Feinteilchen ist vorzugsweise nicht größer als 0,3 μm, weiter bevorzugt nicht größer als 0,1 μm, angesichts der Lichtdurchlässigkeit. Der Gehalt davon in der Ladungseinspritzschicht ist vorzugsweise in dem Bereich von vorzugsweise 2% bis 280 Gew.-%, basierend auf dem Bindemittelharz, abhängig von der Teilchengröße. Bei einem Gehalt von niedriger als 2 Gew.-% kann die Steuerung des spezifischen Widerstands der Ladungseinspritzschicht schwierig sein, und bei einem Gehalt von höher als 280 Gew.-% ist die Filmausbildungsfähigkeit des Bindemittelharzes manchmal teilweise verschlechtert.
Verschiedene Zusatzstoffe können zu der Ladungseinspritzschicht zugegeben werden, um die Dispergierbarkeit der elektrisch leitenden feinen Teilchen, das Klebevermögen der feinen Teilchen und des Bindemittelharzes, und die Oberflächenglattheit des gebildeten Filmes zu verbessern. Zur Verbesserung der Dispergierbarkeit ist die Verwendung eines Kupplungsmittels oder eines Schlichtungsmittels hocheffektiv, um die Oberfläche der elektrisch leitenden feinen Teilchen zu modifizieren. Ferner ist zur Verbesserung der Dispergierbarkeit die Verwendung eines härtbaren Harzes als das Bindemittelharz effektiv.
Wenn ein härtbares Harz für die Ladungseinspritzschicht verwendet wird, wird eine Beschichtungsflüssigkeit, die aus einer Lösung eines härtbaren Monomers oder härtbaren Oligomers zusammengesetzt ist, und darin dispergierte elektrisch leitende feine Teilchen auf die lichtempfindliche Schicht aufgetragen, und der gebildete Film wird durch Erhitzen oder Lichtbestrahlen gehärtet, um eine Oberflächenschicht auszubilden. Das härtbare Harz beinhaltet Acrylharze, Epoxydharze, Phenolharze und Melaminharze, aber ist nicht hierauf beschränkt. Irgendein Harz ist hierfür nützlich, welches nach dem Beschichten durch chemische Reaktion gehärtet werden kann, die durch Anwendung von Energie, wie etwa Licht oder Wärme verursacht wird.
Die Ladungseinspritzschicht wird durch Anwendung einer Lösung oder einer Dispersion, die ein Bindemittelharz, elektrisch leitende Teilchen und ein optional zugegebenes Additiv des lichtempfindlichen Elementes enthält und Trocknen des resultierenden Beschichtungsfilms ausgebildet. Die Dicke der Ladungseinspritzschicht ist im Bereich von vorzugsweise von 0,1 bis 10 μm, weiter bevorzugt von 0,5 bis 5 μm.
Die Ladungseinspritzschicht kann ein pulverförmiges Schmiermittel enthalten, welches Reibung bzw. Friktion zwischen dem lichtempfindlichen Element und dem Aufladungselement verhindert, Friktion zwischen dem lichtempfindlichen Element und dem Reinigungselement, um die mechanische Last des elektrophotographischen Geräts zu verringern, und die Freisetzbarkeit der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes verbessert, um Adhäsion von Entwicklungsteilchen (Tonerteilchen) zu verhindern. Das teilchenförmige Schmiermittel ist vorzugsweise ausgewählt aus Harzen, die eine niedrige kritische Oberflächenspannung zeigen, wie etwa Fluorharze, Silikonharze und Polyolefinharze. Insbesondere bevorzugt sind Poly(tetrafluorethylen)harze. Das pulverförmige Schmiermittel wird in einer Menge zugegeben, die vorzugsweise von 2% bis 50 Gew.-%, weiter bevorzugt von 5% bis 40 Gew.-%, basierend auf dem Bindemittelharz, reicht. Bei einem Gehalt von weniger als 2 Gew.-% ist die Aufladbarkeit nicht ausreichend verbessert. Bei einem Gehalt von mehr als 50 Gew.-% tendieren die Bildauflösung und die Empfindlichkeit des lichtempfindlichen Elementes dazu, verschlechtert zu werden.
Die vorstehend erwähnte Aufladungseinspritzschicht (2), die aus einem anorganischen Material zusammengesetzt ist, wird beispielsweise durch eine Halbleiterschicht, die aus amorphem Silizium ausgebildet ist, dargestellt.
Ein derartiges lichtempfindliches Siliziumelement kann unter Verwendung von lichtleitendem amorphen Silizium als die lichtempfindliche Schicht und Hochfrequenzglühentladungszersetzung mittels einer chemischen Plasmadampfabscheidungsapparatur hergestellt werden.
Die vorstehend erwähnte Ladungseinspritzschicht (3), die aus einem elektrisch leitenden Polymer zusammengesetzt ist, wird beispielsweise durch Schichten eines elektron-konjugaten Polymers dargestellt, wie etwa Polypyrrol, Polythiophen und Polyanilin, und Schichten von organischen Polysilanen.
Die lichtempfindliche Schicht der vorliegenden Erfindung kann entweder von einem Laminierungsschichttyp mit einer ladungserzeugenden Schicht und einer Ladungstransportschicht, oder aus einem Einzelschichttyp mit einer Schicht, die sowohl eine ladungserzeugende Substanz als auch eine ladungstransportierende Substanz enthält, ausgewählt sein. Die ladungstransportierende Schicht besitzt eine Dicke von vorzugsweise 5 bis 40 μm, und die ladungserzeugende Schicht besitzt eine Dicke von vorzugsweise 0,05 bis 5 μm.
Die Ladungserzeugende Substanz beinhaltet organische Materialien, wie etwa Phthalocyaninpigmente und Azopigmente, und anorganische Materialien, wie etwa Siliziumverbindungen.
Die ladungstransportierende Substanz beinhaltet Hydrazonverbindungen, Styrylverbindungen, Triarylaminverbindungen und Triarylmethanverbindungen.
Zudem kann eine Zwischenschicht zwischen der Ladungseinspritzschicht und der lichtempfindlichen Schicht oder zwischen dem elektrisch leitenden Träger und der lichtempfindlichen Schicht bereitgestellt werden. Die Zwischenschicht wird bereitgestellt, um die Adhäsion der Schichten zu verbessern, oder, um als eine Barriereschicht für die elektrische Ladung zu dienen. Die Zwischenschicht kann aus einem Harzmaterial hergestellt sein, wie etwa Epoxydharz, Polyesterharze, Polyamidharze, Polystyrolharze, Acrylharze und Silikonharze.
Der elektrisch leitende Träger für das lichtempfindliche Element kann aus einem Material hergestellt sein, das Metalle einschließt, wie etwa Aluminium, Nickel und rostfreier Stahl, Kunststoffmaterialien oder Glas, die eine elektrisch leitende Schicht besitzen, und Papier, dem elektrische Leitfähigkeit verliehen wurde.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend in größerem Detail anhand von Beispielen beschrieben.
Beispiel 1
Eine konjugierte Faser vom See-Insel-Typ, die aus Polyethylenterephthalat (Seeteil), und Nylon-66 (Inselteil, Elementzahl: 15) zusammengesetzt ist (durchschnittlicher Durchmesser: 25 μm) wurde in einen Nylonbasisstoff im U-Gestalt-Muster gewoben, um eine Bürste auszubilden (Bürstenborstenlänge: 3 mm).
Diese Bürste wurde in eine wässrige Lösung von 3 Gew.-% Natriumhydroxid bei 90°C für 20 Minuten zur Hydrolyse eingetaucht. Diese Lösung wurde mit verdünnter Salzsäure neutralisiert, und die Bürste wurde getrocknet. So hergestellt wurde eine Bürste mit Bürstenborsten aus ultrafeinen Nylonfasern, von welcher der durchschnittliche Durchmesser 0,5 μm beträgt, hergestellt. Diese Bürste wurde um den rostfreien Stahlkern von 10 mm Durchmesser (elektrisch leitende Basis) gewunden, um ein walzenförmiges Aufladungselement zu erhalten.
Die Aufladungswalze wurde auf ein rotierendes Element gestellt, und dazu wurde eine Lösung aus elektrisch leitendem Polyanilin NMP zum Beschichten gesprüht. Nach dem Trocknen besaß die Kontaktbürste einen spezifischen Widerstand von 4 × 10⁴ Ω bei Raumtemperatur.
Diese Aufladungswalze wird als „K-1" bezeichnet.
Beispiel 2
Eine konjugierte Faser vom hohlen kreisförmigen Seiten-zu-Seiten-Typ (Elementzahl: 8, durchschnittlicher Durchmesser: 20 μm), die aus Polyethylenterephthalat und Polypropylen zusammengesetzt war, wurde in einen Nylonfaserbasisstoff in eine U-Gestalt gewebt, um eine Bürste mit Bürstenborsten von 3 mm Länge herzustellen.
Diese Bürstenborsten wurden zur Hydrolyse mit einer wässrigen Lösung von 1 Gew.-% Kaliumhydroxid bei 110°C behandelt, um eine Bürste mit Borsten aus ultrafeinen Polypropylenfasern zu erhalten, von welchen der durchschnittliche Durchmesser 1 μm beträgt.
Die Bürste wurde in eine wässrige Eisenchloridlösung von 10 Gew.-% für 30 Minuten eingetaucht, und dann in einen geschlossenen Behälter, der mit Pyrroldampf gefüllt war, bei 15°C für eine Stunde gestellt, um Dampfphasenoxidationspolymerisation zu verursachen. Nach der Reaktion wurde die Bürste mit Ethanol ausreichend gewaschen, und bei 100°C getrocknet. Nach dem Trocknen besaß die Kontaktbürste einen spezifischen Widerstand von 5 × 10⁶ Ω bei Raumtemperatur.
Diese Bürste wurde auf ein klingenförmiges rostfreies Stahlblatt (elektrisch leitende Basis) gestellt, um ein klingenartiges Aufladungselement herzustellen. Diese Aufladungsklinge wird als „K-2" bezeichnet.
Beispiel 3
Eine konjugate Faser vom Kern-Umhüllungstyp (durchschnittlicher Durchmesser: 13 μm), der aus Polyethylenterephthalat (Hülle) und Polyacrylnitril (Kern) zusammengesetzt war, wurde in eine Nylonstoffbasis in einem U-Gestaltmuster gewoben, um eine Bürste mit Bürstenborsten von 3 mm Länge herzustellen.
Diese Bürstenborsten wurde zur Hydrolyse mit einer wässrigen Lösung von Kaliumhydroxid (1 Gew.-%) bei 100°C behandelt, um eine Bürste mit Borsten von ultrafeinen Polyacrylnitrilfasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 2 μm zu erhalten.
Die Bürste wurde in eine wässrige Kupferchloridlösung von 20 Gew.-% für 30 Minuten eingetaucht und dann in einem geschlossenen Behälter, der mit Pyrroldampf gefüllt war, bei 25°C für zwei Stunden platziert, um Dampfphasenoxidationspolymerisation zu verursachen. Nach der Reaktion wurde die Bürste anschließend mit reinem Wasser und Ethanol ausreichend gewaschen, und bei 100°C getrocknet. Nach dem Trocknen besaß die Kontaktbürste einen spezifischen Widerstand von 5 × 10⁵ Ω bei Raumtemperatur.
Separat auf einem rostfreien Stahlkern (elektrisch leitende Basis) von 6 mm Durchmesser wurde eine elastische Schicht aus einem Silikonkautschuk, der dispergiertes elektrisch leitendes Titanoxid und elektrisch leitenden Ruß enthielt, konzentrisch bereitgestellt.
Die zuvor erwähnte Bürste, die elektrisch leitend gemacht worden ist, wurde auf die elastische Schicht gewunden, um ein walzenförmiges Aufladungselement herzustellen. Diese Aufladungsklinge wird als „K-3" bezeichnet.
Vergleichsbeispiel 1
Eine Kontaktbürste wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, bis darauf, dass Hydrolyse nicht durchgeführt wurde.
Ein Aufladungselement vom Walzentyp wurde hergestellt, indem die Bürste auf einen rostfreien Stahlkern gebunden wurde. Diese Aufladungswalze wird als „H-1" bezeichnet.
Bewertungsverfahren
Das Aufladungselement (K-1, K-2, K-3 oder H-1) wurde in ein elektrophotographisches Gerät (Laserstrahldrucker) gestellt, das in 5 gezeigt wird, und wurde in Kontakt mit dem lichtempfindlichen Element bei einer Presskontaktlast von 1 kg gebracht. Das lichtempfindliche Element war dasjenige mit einer Ladungstransportschicht als die Oberflächenschicht ohne Ladungseinspritzschicht.
Das elektrophotographische Gerät wurde bei einer Verfahrensgeschwindigkeit von 16 Blättern pro Minute bei einer Auflösung von 600 dpi eingestellt. Ein Haltbarkeitstest bezogen auf die Bildbildung wurde bei Anlegung einer vorbestimmten Spannung auf die Aufladungswalze durchgeführt, die durch Rotation des lichtempfindlichen Elementes angetrieben wurde.
Wenn eine Aufladungsklinge als das Aufladungselement verwendet wurde, wurde dieses auf einer Schutzvorrichtung fixiert, welche eine modifizierte Kontaktaufladungsvorrichtung war, die ursprünglich für eine Aufladungswalze entworfen war, und wurde in Kontakt mit dem lichtempfindlichen Element in einen fixierten Zustand gebracht.
Der Bilddruck wurde unter Umweltbedingungen bei hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit H/H (32,5°C, 85%), gewöhnlicher Temperatur und gewöhnlicher Feuchtigkeit N/N (23°C, 60%) und Niedrigtemperatur und niedriger Feuchtigkeit L/L (15°C, 10%) durchgeführt. Die angelegte Spannung war eine AC-DC-Überlagerung (AC: 1,4 KV_pp, und DC: –700 V) oder DC (–1400 V). Der Haltbarkeitstest wurde für 20.000 Druckblätter durchgeführt.
Zur Bewertung der Bildqualität wurde die Weiße der weißen Fläche des Übertragungsempfangspapiers vor und nach dem Drucken mittels eines Reflektometers (TC-6DS, Tokyo Denshoku K. K.) gemessen. Nebelbildung (%) wurde aus der Differenz des Weißedrahts des Übertragungsempfangspapiers vor und nach dem Drucken berechnet. Nebelbildung von 5% oder mehr bedeutet Verschlechterung der Bildqualität.
Die Bewertung wurde bezogen auf die zwei folgenden Punkte durchgeführt:

(1) Änderung der Nebelbildung während dem Haltbarkeitstest aufgrund des Abriebs der Trommel, und
(2) Bildnebelbildung unter DC-Aufladung bei dem Anfangszustand.

Die Bildqualität wurde durch vier Bewertungsgrade bewertet, wie in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt, wobei 5% Nebelbildung als eine Grenzlinie verwendet wurden.
Tabelle 1 Trommelabrasion und Bewertungsgrad der Bildqualität
Bewertungsergebnisse
Die Bewertungsergebnisse vom Beispiel 1–3 und Vergleichsbeispiel 1 werden in Tabelle 2 gezeigt.
Das Aufladungselement der vorliegenden Erfindung verursachte keine Nebelbildung, welche aus der Abrasion bzw. dem Abrieb des lichtempfindlichen Elementes während dem Haltbarkeitstest resultierte, und führte gleichförmiges Aufladen für eine lange Zeitdauer durch. Ferner ist sogar beim Aufladen unter DC-Anwendung das Bildnebelbilden nicht mehr als 5%, welches ausreichende Aufladbarkeit zeigt.
Andererseits verursachte das Aufladungselement H-1, welches ohne chemisches Ätzen der Faser hergestellt worden war, eine allmähliche Abrasion der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes, um unzureichendes Aufladen zu verursachen. Insbesondere war die Aufladbarkeit bemerkenswert unter den Umweltbedingungen von H-H herabgesetzt. Das Aufladungselement von Vergleichsbeispiel 1 zeigte niedrige Aufladbarkeit unter DC-Aufladen, und verursachte eine bemerkenswerte Nebelbildung.
Tabelle 2
Lichtempfindliches Element Herstellungsbeispiel 1
Fünf Schichten wurden auf einem Aluminiumzylinder von 30 mm Durchmesser bereitgestellt. Die Schichten werden als erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Schichten in der Reihenfolge von dem Aluminiumzylinder bezeichnet.
Die erste Schicht war eine elektrisch leitende Schicht, welche eine elektrisch leitende Dünnschicht von 20 μm Dicke ist, um Defekte oder dergleichen des Aluminiumzylinders zu bedecken und die Bildung eines Moiré-Musters durch Reflexion von Laseraussetzungslicht zu verhindern.
Die zweite Schicht war eine positive Aufladungsinjektionsverhinderungsschicht (Subbing-Schicht), welche eine Neutralisation der negativen Ladung verhindert, die auf dem lichtempfindlichen Element durch das Einspritzen der positiven Ladung aus dem Aluminiumzylinder gebildet wurde. Diese Schicht ist 1 μm dick und aus einem Amylanharz und methoxymethylierten Nylon hergestellt, um einen eingestellten spezifischen Widerstand von ungefähr 10⁶ Ωcm aufzuweisen.
Die dritte Schicht war eine Ladungserzeugungsschicht, welche eine Harzschicht von ungefähr 0,3 μm Dicke ist, die ein Disazopigment, dass darin dispergiert ist, enthält, und kann positive-negative Ladungspaare bei Laserstrahlbestrahlung erzeugen.
Die vierte Schicht war eine Ladungstransportschicht, welche eine Halbleiterschicht vom p-Typ von 20 μm Dicke ist, die aus einem Polycarbonatharz und darin dispergiertem Hydrazon zusammengesetzt ist. Diese Schicht besitzt die Funktion des Transports von positiven Ladungen, die in der ladungserzeugenden Schicht erzeugt wurden, auf die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes, aber die negativen Ladungen, die auf dem lichtempfindlichen Element gebildet wurden, können sich nicht durch diese Schicht bewegen.
Die fünfte Schicht war eine Ladungseinspritzschicht, welche eine Harzschicht von 3 μm Dicke ist, die aus einem lichteingestellten Acrylharz und darin dispergiertem Zinnoxid zusammengesetzt ist. Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Zinnoxid war ein ultrafeines teilchenförmiges Zinnoxid, das mit Antimon dotiert war, um elektrisch leitend zu sein, mit einem Teilchendurchmesser von ungefähr 0,03 μm. Das ultrafeine Zinnoxid war in einer Menge von 160 Gew.-%, basierend auf dem lichteingestellten Acrylharz als das Bindemittelharz, dispergiert. Ferner wurden 25 Gew.-% Tetrafluorethylenharzteilchen und 1 Gew.-% Dispergiermittel in der Ladungseinspritzschicht zur Verbesserung der Oberflächenschlüpfrigkeit dispergiert. Die Oberflächenschicht des lichtempfindlichen Elementes besaß einen spezifischen Volumenwiderstand von 3 × 10¹³ Ωcm.
Dieses lichtempfindliche Element wird als „lichtempfindliches Element-1" bezeichnet.
Lichtempfindliches Element Herstellungsbeispiel 2
Ein lichtempfindliches Element wurde auf die gleiche Weise wie in dem lichtempfindlichen Element Herstellungsbeispiel 1 hergestellt, bis darauf, dass SnO₂-Teilchen in der fünften Schicht in einer Menge von 250 Gew.-%, basierend auf dem lichteingestellten Acrylharz, dispergiert wurden. Die Oberflächenschicht des lichtempfindlichen Elementes besaß einen spezifischen Volumenwiderstand von 2 × 10⁹ Ωcm.
Dieses lichtempfindliche Element wird als „lichtempfindliche Element-2" bezeichnet.
Lichtempfindliches Element Herstellungsbeispiel 3
Ein amorphes lichtempfindliches Siliziumelement, welches aus einem spiegelpolierten Aluminiumzylinder von 30 mm Durchmesser und einer Inhibierungsschicht, einer lichtleitenden Schicht und einer Oberflächenschicht (Ladungseinspritzschicht) konstruiert ist, wurde durch Anwenden von Glühentladung auf einen spiegelpolierten Aluminiumzylinder hergestellt.
Zunächst wurde eine Reaktionskammer auf ein Vakuum von ungefähr 5 × 10^–3 Pa evakuiert, und auf die Oberfläche des Aluminiumzylinders, das bei 250°C in der Reaktionskammer gehalten wurde, wurden die Gase SiH₄, B₂H₆, NO und H₂ in einem Stromverfahren eingeführt. Wenn der interne Druck ungefähr 30 Pa erreichte, wurde eine Glühentladung ermöglicht, um eine Inhibierungsschicht von 5 μm Dicke auszubilden.
Dann wurde eine lichtleitende Schicht auf die gleiche Weise wie die Inhibierungsschicht in einer Dicke von 20 μm unter Verwendung von SiH₄- und H₂-Gasen unter dem internen Druck von ungefähr 50 Pa ausgebildet.
Ferner wurde an der Oberflächenschicht, die aus Si und C zusammengesetzt war, unter Verwendung von SiH₄-, CH₄- und H₂-Gasen durch Glühentladung bei dem internen Druck von ungefähr 60 Pa bis zu einer Schichtdicke von 0,5 μm ausgebildet. Die Oberflächenschicht des lichtempfindlichen Elementes besaß einen spezifischen Volumenwiderstand von 8 × 10¹² Ωcm.
Dieses lichtempfindliche Element wird als „lichtempfindliche Element-3" bezeichnet.
Beispiel 4
Eine Bürste wurde hergestellt, indem eine geteilte Faser verwebt wurde, die aus Polyethylenterephthalat (PET) und Nylon-6 zusammengesetzt war, die eine Schnittgestalt vom orangen Typ (Faserdurchmesser nach Spalten: 1,5 μm) auf einem Nylonbasisstoff besaß. Ein Hochdruckwasserstrom wurde darauf geworfen, um die geteilte Faser zu öffnen.
Die erhaltene Bürste wurde in eine wässrige Lösung von 15 Gew.-% Eisenchlorid für 2 Stunden eingetaucht, und dann in einem geschlossenen Behälter platziert, der mit Pyrrolmonomerdampf gefüllt war, um eine Polymerisation für drei Stunden zu ermöglichen, um Polypyrrol auf der Oberfläche der Fasern auszubilden. Nach der Reaktion wurde die Bürste anschließend mit reinem Wasser und Ethanol ausreichend gewaschen und bei 110°C getrocknet. Nach dem Trocknen wurde die Bürste auf ein Kernmetall mit einem Durchmesser von 12 mm spiralartig gewunden, um ein Aufladungselement zu erhalten. Ferner wurde dieses Aufladungselement in einem Thermostat platziert, der mit Wasserdampf gefüllt war, und wurde rotiert, um die Borstenbürsten gerade zu machen und den Faseröffnungszustand gleichförmig zu machen.
Die Borstendichte betrug 170.500 Fasern pro cm² (1,100,000 Fasern pro Quadratinch), wobei die Kontaktbürstenborsten 3,5 mm lang waren und der spezifische Widerstand des Aufladungselementes 3 × 10⁶ Ω betrug.
Beispiel 5
Eine Bürste wurde hergestellt, indem eine Konjugatfaser vom See-Insel-Typ in einen Nylonbasisstoff in einer U- förmigen Gestalt gewebt wurde. Die konjugate Faser ist aus PET (Seeteil) und Nylon-66 (Inselteil) umfasst.
Die Bürste wurde in eine wässrige Lösung von 2 Gew.-% Natriumhydroxid eingetaucht und bei 80°C für eine Stunde gehalten. Diese wurde mit verdünnter Salzsäure verdünnt und getrocknet, um eine Bürste mit Bürstenborsten aus ultrafeinem Nylon von einem Faserdurchmesser von 0,7 μm zu erhalten.
Die Bürste wurde auf einen Kernmetallbalken von 6 mm Durchmesser gewunden, um ein Aufladungselement zu erhalten.
Das Aufladungselement wurde auf ein rotierendes Element gestellt, und eine Lösung von elektrisch leitendem Polyanilin (2 Gew.-%) in NMP wurde darauf gesprüht, um eine Beschichtungsschicht auszubilden.
Die Faserdichte betrug 232.500 Fasern pro cm² (1,500,000 Millionen Fasern pro Quadratinch), wobei die Kontaktbürstenborste 3,0 mm lang war und der spezifische Widerstand des Aufladungselementes 7 × 10⁸ Ω betrug.
Beispiel 6
Eine Bürste wurde hergestellt, indem eine Konjugatfaser, die aus PET und Polypropylen zusammengesetzt war, in einen Nylonbasisstoff in einer U-förmigen Gestalt gewebt wurde. Die PET-Komponente wurde durch Auflösungsbehandlung mit einer wässrigen Kaliumhydroxidlösung (1 Gew.-%) bei 90°C entfernt. Hierdurch wurde eine Kontaktbürste mit Borsten aus einer ultrafeinen Polypropylenfaser von 1 μm Durchmesser erhalten.
Die Bürste wurde mit einem Silankupplungsmittel (Aminopropyltrimethoxysilan) für die Hydrophilizität behandelt und dann in eine wässrige Eisenchloridlösung (10 Gew.-%) für eine Stunde eingetaucht, und dann in einem geschlossenen Behälter, der mit Pyrroldampf gefüllt war, bei 20°C für eine Stunde platziert, um Dampfphasenoxidationspolymerisation zu verursachen. Nach der Reaktion wurde die Bürste aufeinanderfolgend mit Wasser und Ethanol ausreichend gewaschen und bei 110°C getrocknet.
Die Faserdichte betrug 124.000 Fasern pro cm² (800.000 Fasern pro Quadratinch), wobei die Kontaktbürstenborsten 3,0 mm lang waren, und der spezifische Widerstand des Aufladungselementes 2 × 10⁷ Ω betrug.
Beispiel 7
Eine Bürste wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 4 hergestellt. Die umgekehrte Fläche des Basisstoffes der Bürste wurde auf die Fläche eines angetriebenen Kupfergürtels eines zweiachsigen rotierenden Systems befestigt, um einen Aufladungsgürtel zu erhalten.
Der Gürtel wurde derart gehalten, dass eine Antriebswalze und eine angetriebene Walze von 6 mm Durchmesser eingestellt wurden, um eine Noppenbreite von 10 mm auf dem lichtempfindlichen Element aufzuweisen. Der Gürtel wurde in Gegenrichtung zu der Rotationsrichtung des lichtempfindlichen Elementes durch die Antriebswalze rotiert, von welcher ein Ende des Metallkerns an eine externe Antriebsvorrichtung verbunden war. Die Antriebswalze und die angetriebene Walze waren jeweils aus einem rostfreien Stahlkernmetall und einem elektrisch leitenden Kautschukblatt von 0,2 μm Dicke darauf gewunden.
Vergleichsbeispiel 2
Auf einem rostfreien Kernmetall von 6 mm Durchmesser wurde eine Kautschukschaumschicht konzentrisch aufgetragen. Die Kautschukschaumschicht wurde aus EPDM, das Ketjenblack und darin dispergiertes vermischtes Ruß (durchschnittlicher Zelldurchmesser: 90 μm) hergestellt. Diese wurden verarbeitet, um einen äußeren Durchmesser von 13 mm zu erhalten, um ein Aufladungselement herzustellen. Das Aufladungselement besaß einen spezifischen Widerstand von 7 × 10⁴ Ω.
Vergleichsbeispiel 3
Ein Aufladungselement wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 4 hergestellt, bis darauf, dass die in Vergleichsbeispiel 1 hergestellte Bürste verwendet wurde.
Vergleichsbeispiel 4
Ein Aufladungselement wurde hergestellt, indem die Oberfläche der Kautschukschaumwalze eines Aufladungselementes, das auf die gleiche Weise wie in Vergleichsbeispiel 2 hergestellt wurde, beschichtet wurde. Das Beschichten wurde unter Verwendung eines wässrigen Acrylharzes durchgeführt, das mit einer Filmoxidaufschlemmung (bis zu einem Feststoffgehalt von 30 Gew.-%) vermischt war, indem Eintauchbeschichten durchgeführt wurde.
Die Dicke der Oberflächenschicht betrug 70 μm, und der spezifische Widerstand des Aufladungselementes betrug 6 × 10⁶ Ω.
Ergebnisse
Ein Laserstrahldrucker, der in 5 gezeigt war, wurde als das elektrophotographische Gerät verwendet. Der Drucker wurde bei einer Verfahrensgeschwindigkeit von 94 mm/s (16 ppm) unter Verwendung des lichtempfindlichen Elementes-1, lichtempfindlichen Elementes-2 oder lichtempfindlichen Elementes-3 angetrieben. Die Kontaktaufladungsvorrichtung, die in 6 gezeigt wird, wurde mit einem externen Antriebsmotor verbunden, und die Aufladungsbürstenwalze wurde in Presskontakt mit dem lichtempfindlichen Element in der zu der Rotation des lichtempfindlichen Elementes entgegengesetzten Richtung bei einer 200%igen peripheren Geschwindigkeit von derjenigen des lichtempfindlichen Elementes rotiert. Wenn das Aufladungsgürtelelement verwendet wurde, wurde die Geschwindigkeit auf 130% in einer Gegenrichtung eingestellt. Haltbarkeitstests bezogen auf Bilddrucken von 20.000 Blättern wurde unter Niedrigtemperatur und Niedrigfeuchtigkeitsbedingungen (20°C, 20%) durch Anlegen von DC von –750 V für das lichtempfindliche Element-1 und lichtempfindliches Element-2, oder DC von +750 V für das lichtempfindliche Element-3 durchgeführt.
Die Bildqualität wurde durch vier Bewertungsgrade, die in Tabelle 3 gezeigt werden, bewertet. Die Bewertungsergebnisse werden in Tabelle 4 gezeigt.
Tabelle 3 (Bewertungsniveau)
Die Aufladungseffizienz wurde aus der nachstehenden Gleichung (1) abgeleitet: R = (H/V) × 100 [%] (1)wobei R die Aufladungseffizienz ist, V eine angelegte Spannung (Volt) ist, und H ein aufgeladenes Potential des lichtempfindlichen Elementes (Volt) ist.
Zum gleichförmigen Aufladen muss die Aufladungseffizienz höher als 90% sein. Wenn die Aufladungseffizienz niedriger als 90% ist, wird das Aufladen unzureichend sein, was Bildnebelbildung und Herabsetzen der Bildqualität verursacht.
Tabelle 4 Ergebnisse von Beispielen 4–6 und Vergleichsbeispielen 2–4

Claims

Aufladungselement (1), welches ein aufzuladendes Objekt elektrisch auflädt, in dem dieses in Kontakt mit dem aufzuladenden Objekt gebracht wird und eine Spannung angelegt wird, das eine elektrisch leitende Basis (3) und Kontaktbürstenborsten (2), die in Kontakt mit dem aufzuladenden Objekt kommen, umfasst, und das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kontaktbürstenborsten (2) wenigstens eines aus Ätzfasern und geteilten Fasern umfassen, die aus Kompositfasern erhalten wurden.
Aufladungselement gemäß Anspruch 1, wobei die Kontaktbürstenborsten einen durchschnittlichen Durchmesser besitzen, der von 0,05 bis 30 μm reicht.
Aufladungselement gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Kontaktbürstenborsten eine Ätzfaser umfassen.
Aufladungselement gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Kontaktbürstenborsten eine geteilte Faser umfassen.
Aufladungselement gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das aufzuladende Objekt ein elektrofotographisches lichtempfindliches Element ist.
Aufladungselement gemäß Anspruch 5, wobei das elektrofotographische lichtempfindliche Element eine Ladungseinspritzschicht umfasst.
Prozesskassette, die umfasst: ein elektrofotographisches lichtempfindliches Element (9), und ein Aufladungselement (1), das in Kontakt mit dem elektrofotographischen lichtempfindlichen Element vorgesehen ist, um das elektrofotographische lichtempfindliche Element aufzuladen oder ein elektrofotographisches lichtempfindliches Element (9), ein Aufladungselement, das in Kontakt mit dem elektrofotographischen lichtempfindlichen Element vorgesehen ist, um das elektrofotographische lichtempfindliche Element aufzuladen, und ferner eine Entwicklungseinrichtung (12) oder eine Reinigungseinrichtung (15), wobei das Aufladungselement eine elektrisch leitende Basis (3) und Kontaktbürstenborsten (2), die in Kontakt mit dem elektrofotographischen lichtempfindlichen Element kommen, umfasst; das elektrofotographische lichtempfindliche Element (9) und das Aufladungselement, oder das elektrofotographische lichtempfindliche Element, das Aufladungselement, und die Entwicklungseinrichtung (12) oder die Reinigungseinrichtung (15) in einer Einheit geträgert sind, um an ein elektrofotographisches Gerät montierbar und demontierbar zu sein; und gekennzeichnet dadurch, dass die Kontaktbürstenborsten (2) wenigstens eines aus Ätzfasern und geteilten Fasern umfassen, die aus Kompositfasern erhalten wurden.
Prozesskassette gemäß Anspruch 7, wobei die Kontaktbürstenborsten einen durchschnittlichen Durchmesser besitzen, der von 0,05 bis 30 μm reicht.
Prozesskassette gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Kontaktbürstenborsten eine Ätzfaser umfassen.
Prozesskassette gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Kontaktbürstenborsten eine geteilte Faser umfassen.
Prozesskassette gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei das elektrofotographische lichtempfindliche Element eine Aufladungseinspritzschicht enthält.
Elektrofotographisches Gerät, das ein elektrofotographisches lichtempfindliches Element (9), ein Aufladungselement, das mit dem elektrofotographischen lichtempfindlichen Element (9) vorgesehen ist, um das elektrofotographische lichtempfindliche Element (9) aufzuladen, eine Belichtungseinrichtung (11), eine Entwicklungseinrichtung (12), und eine Bildübertragungseinrichtung (13); wobei das Aufladungselement eine elektrisch leitende Basis (3) und Kontaktbürstenborsten (2) umfasst, um in Kontakt mit dem elektrofotographischen lichtempfindlichen Element zu kommen; und dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbürstenborsten (2) wenigstens eines aus Ätzfasern und geteilten Fasern umfassen, die aus Kompositfasern erhalten wurden.
Gerät gemäß Anspruch 12, wobei die Kontaktbürstenborsten einen durchschnittlichen Durchmesser umfassen, der von 0,05 bis 30 μm reicht.
Gerät gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei die Kontaktbürstenborsten eine Ätzfaser umfassen.
Gerät gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei die Kontaktbürstenborsten eine geteilte Faser umfassen.
Gerät gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei das elektrofotographische lichtempfindliche Element eine Ladungseinspritzschicht besitzt.