DE69918363T2

DE69918363T2 - Fotoempfindliches Element für die Verwendung in Bildaufzeichnungsgeräten und dieses fotoempfindliche Element enthaltende Bildaufzeichnungsverfahren

Info

Publication number: DE69918363T2
Application number: DE69918363T
Authority: DE
Inventors: Kawada Ohta-ku Masaya; Kaya Ohta-ku Takaaki; Karaki Ohta-ku Tetsuya
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-04-30
Filing date: 1999-04-29
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2019-04-30
Also published as: EP0953883B1; DE69918363D1; US6171742B1; JPH11311875A; EP0953883A1

Description

Diese Erfindung betrifft ein lichtempfindliches Element, das für eine Bilderzeugungsvorrichtung verwendet wird, und eine Bilderzeugungsvorrichtung, die ein derartiges lichtempfindliches Element umfasst. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf ein lichtempfindliches Element, das für eine Bilderzeugungsvorrichtung verwendet wird, die die Oberfläche ihres lichtempfindlichen Elementes, das als Bildträger funktioniert, elektrostatisch aufladen kann, eine Bildinformation auf der elektrisch aufgeladenen Oberfläche mit Hilfe eines Strahles sichtbaren Lichtes oder eines linear abtastenden Laserstrahles schreiben kann, ein Tonerbild erzeugen kann und das Bild auf ein Transfermedium zur Erzeugung eines Bildes darauf übertragen kann, wobei die Bilderzeugungsvorrichtung eine Reinigungseinrichtung zum Reinigen der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes aufweist. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine derartige Bilderzeugungsvorrichtung.
Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung ein lichtempfindliches Element, das für eine Bilderzeugungs vorrichtung verwendet wird, die die Oberflächeneigenschaften einschließlich der Menge an freier Oberflächenenergie (γ) definieren und die an der Oberfläche haftenden Fremdmaterialien steuern kann, um die Oberfläche zur Erzeugung von Bildern mit einer guten Bildqualität über eine längere Zeitdauer unabhängig von Schwankungen der Umgebungsfaktoren, einschließlich der Feuchtigkeit und der Temperatur, geeignet zu machen. Die Erfindung betrifft ferner eine Bilderzeugungsvorrichtung, die ein derartiges lichtempfindliches Element aufweist.
Gegenwärtig erhältliche Bilderzeugungsvorrichtungen, insbesondere elektrofotografische Vorrichtungen, besitzen Drucker, die als Ausgangseinrichtung von Computern und Wortprozessoren arbeiten und deren Bedarf in den letzten Jahren immer weiter gestiegen ist, sowie Kopiergeräte. Da derartige Vorrichtungen in einer Vielzahl von Betriebsumgebungen arbeiten, sind sie oft mit einer Einrichtung zum Stabilisieren des Ausgangsbildes, wie beispielsweise einer Einrichtung zum Eliminieren des Einflusses von Schwankungen von Umweltfaktoren auf die Dichte des Ausgangsbildes, versehen. Des weiteren müssen derartige Drucker geringe Kosten aufweisen und wartungsfrei sein, insbesondere deswegen, weil sie nicht nur für Bürozwecke, sondern auch für den privaten oder personellen Bereich eingesetzt werden.
Des weiteren müssen derartige Drucker vom ökologischen Standpunkt her umgebungsfreundlich sein und sollten auf beide Seiten von Papier und auf Recyclingpapier drucken sowie den Verbrauch an Papier und elektrischer Energie verringern.
1 ist eine schematische Darstellung einer Bilderzeugungsvorrichtung, wobei der Bilderzeugungsprozeß eines Kopiergerätes gezeigt ist.
Wie in 1 gezeigt, ist mit den Bezugszeichen 101 ein lichtempfindliches Element der Bilderzeugungsvorrichtung versehen, das sich in der angegebenen Weise in X-Richtung drehen kann und mit einem elektrofotografischen System verwendet wird (hiernach einfach als "lichtempfindliches Element" bezeichnet) sowie von einer Hauptaufladeeinheit 102, einer Stelle 103 zur Ausbildung eines latenten elektrostatischen Bildes, einer Entwicklungseinheit 104, einem Transferpapierzuführsystem 105, einer Transferaufladeeinheit 106 (a), einer Trennaufladeeinheit 106 (b), einer Reinigungseinheit 107, einem Abgabesystem 108 und einer konditionierenden Lichtquelle 109 umgeben ist, welche in 1 im Uhrzeigersinn angeordnet sind. Falls erforderlich, kann das lichtempfindliche Element 101 mit einer internen Umfangsflächenheizeinrichtung 125 zum Steuern der Temperatur des lichtempfindlichen Elementes 101 versehen sein.
Die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes 101 wird gleichmäßig und elektrostatisch aufgeladen und im Betrieb Licht an der Stelle 103 zur Ausbildung des latenten elektrostatischen Bildes ausgesetzt, um darauf ein latentes elektrostatisches Bild zu erzeugen.
Das latente elektrostatische Bild wird dann von der Entwicklungshülse der Entwicklungseinheit 104, die Toner auf der Oberfläche trägt, in ein sichtbares Bild umgewandelt.
Das Transfermedium P wird vom Transferpapierzuführsystem 105 zugeführt, wobei es von einer Transferpapierführung 119 geführt wird. Der Vorderrand des Papiers wird von Registerrollen ergriffen, so daß das auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes 101 ausgebildete Tonerbild mit Hilfe der Transferaufladeeinheit 106 (a) auf das Transfermedium P übertragen wird. Dann wird das Transfermedium P vom lichtempfindlichen Element 101 mit Hilfe der Trennaufladeeinheit 106 (b) und/oder einer Trenneinrichtung, wie einer Trennklinke (nicht gezeigt), getrennt, wonach das Tonerbild auf der Oberfläche des Papiers mit Hilfe des Abgabesystems 108 zu einer Fixiereinheit 123 bewegt wird, wo das Tonerbild durch Fixierrollen 124, die in der Fixiereinheit 123 angeordnet sind, fixiert wird, bevor es zur Außenseite der Bilderzeugungsvorrichtung abgegeben wird.
Nachdem das Tonerbild auf das Transfermedium P übertragen worden ist, wird die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes 101 von einem Reinigungsblatt 120 und einer Reinigungsrolle (oder Bürste) 121 gereinigt, das bzw. die in der Reinigungseinheit angeordnet ist, um restlichen Toner und die an der Oberfläche haftenden feinen Papierpartikel zu entfernen und auf diese Weise das lichtempfindliche Element für den nächsten Bilderzeugungsvorgang bereit zu machen.
Wie vorstehend beschrieben, muß eine Bilderzeugungsvorrichtung, die den Vorgang der Erzeugung eines Bildes durch Übertragung eines Tonerbildes auf der Oberfläche eines lichtempfindlichen Elementes auf ein Transfermedium, wie Papier, wiederholen kann, mit einer Reinigungseinrichtung versehen sein, um die auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes verbleibenden Fremdmaterialien, einschließlich des restlichen Toners, zu entfernen.
Eine derartige Reinigungseinheit 107 umfaßt in typischer Weise ein Reinigungsblatt aus Kunstharz, wie Gummi, und eine Reinigungsbürste aus Kunstharzfaser. Die auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes verbleibenden pulverförmigen magnetischen Objekte, wie beispielsweise der restliche Toner, können auch durch magnetische Adsorption entfernt werden.
Nunmehr wird eine derartige Reinigungseinheit und Reinigungseinrichtung, die für die Einheit verwendet werden kann, in Verbindung mit 2 beschrieben.
2 ist eine schematische Ansicht einer Reinigungseinheit, die für die Bilderzeugungsvorrichtung der 1 verwendet werden kann.
Die Reinigungseinrichtung, die für die Reinigungseinheit 301 der 2 verwendet werden kann, kann ein Reinigungsblatt 302 aus Urethankautschuk, eine Reinigungsrolle 303 aus Silikonkautschuk, Schwamm oder einem mag netischen Material, eine Abstreifrolle 304, einen Abfalltonerpool 305 und ein Abfalltonerabgabesystem 306 umfassen.
Die Abstreifrolle 304 kann angeordnet sein, wo es erforderlich ist, und kann eine blattförmige Gestalt besitzen. Sie wird danach als Abstreifer (oder Abstreifblatt) bezeichnet.
Zu Vereinfachungszwecken wird der Abstreifer aus der nachfolgenden Beschreibung der Komponenten der Reinigungseinheit weggelassen.
Wie in 2 gezeigt, ist mit 301 eine Reinigungseinheit bezeichnet, die ein Reinigungsblatt 302 umfaßt, das aus einem Material hergestellt ist, welches durch Vermischen von Urethankautschuk und einer oder mehr als einer Silikonverbindung, um eine geeignete Elastizität und Härte zu erhalten, erhalten wurde.
Eine Reinigungsrolle 303 aus einem Magneten ist aufstromseitig (untere Position in 2) vom Reinigungsblatt 302 in Drehrichtung des lichtempfindlichen Elementes angeordnet. Die Reinigungsrolle 303 zieht pulverförmige magnetische Materialien einschließlich des Toners über ihre Magnetkraft an und wird somit mit den anhaftenden Materialien bedeckt. Diese Bedeckung aus den pulverförmigen magnetischen Materialien stößt gegen die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes mit einer geeigneten Stoßbreite (als "Spaltbreite" bezeichnet) und scheuert die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes mit einer vorgegebenen Relativgeschwindigkeit.
Während die Reinigungsrolle 303 bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform aus einem Magneten besteht, kann sie alternativ dazu auch eine Rolle sein, die mit einer Polarität, die zu der des Toners entgegengesetzt ist, magnetisch vorgespannt wird, oder kann aus Silikonkautschuk oder schwammigem Harz bestehen.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Reinigungsrolle 303 durch ein bürstenförmiges Element ersetzt sein, das aus einem Material besteht, welches unter Berücksichtigung der Härte des lichtempfindlichen Elementes und der Prozessgeschwindigkeit der Bilderzeugungsvorrichtung in geeigneter Weise ausgewählt wurde.
Wenn die Bürste mit einem lichtempfindlichen Element verwendet wird, das eine große Oberflächenhärte besitzt, wie beispielsweise einem lichtempfindlichen Element vom a-Si-Typ, kann es sich um eine Bürste aus einer chemischen Faser aus Polyethylen oder Polystyrol oder um eine Bürste aus einer elektrisch leitenden Faser handeln, die durch das Hinzufügen von Kohlenstoff zu einer chemischen Faser erhalten wird, um die Faser mit einem gewünschten Niveau an elektrischer Leitfähigkeit zu versehen, oder einer Faser aus amorphem Metall (d.h. "Bolfa: Marke, erhältlich von der Firma Unitika).
Die Spaltbreite des lichtempfindlichen Elementes 101 und der Reinigungsrolle oder der Reinigungsbürste wird in wünschenswerter Weise auf einem konstanten Wert gehalten, um ein konstantes Reinigungsverhalten zu erreichen und jedwede Probleme zu vermeiden, wie ein abradiertes lichtempfindliches Element infolge eines übermäßig großen örtlichen Anschlages.
Der Mechanismus zum Halten der Reinigungsrolle oder der Reinigungsbürste im Anschlag mit dem lichtempfindlichen Element 101 kann unter Verwendung von kleinen Rollen erhalten werden, die mit dem lichtempfindlichen Element in einem anderen Bereich als der Bilderzeugungsstelle in Anschlag gehalten werden, oder indem die Rolle unter einem vorgegebenen Druckpegel gegen das lichtempfindliche Element gedrückt wird. Bei einer Reinigungsrolle aus einem magnetischen Material kann eine konstante Spaltbreite durch Regulierung der Dicke des Tonerüberzuges erhalten werden.
Die Reinigungseinheit kann auch dadurch verwirklicht werden, daß ein Teil der obigen Komponenten entfernt wird oder eine oder mehr als eine zusätzliche Komponente verwendet wird.
Die 3A bis 3D zeigen, wie ein Reinigungsvorgang für eine Bilderzeugungsvorrichtung des in Rede stehenden Typs wiederholt wird.
Der Reinigungsvorgang wird nunmehr in Verbindung mit den 3A bis 3D beschrieben. Das lichtempfindliche Element 101 ist aus Einfachheitsgründen als gerade Linie (ohne Krümmungsradius) wiedergegeben.
[Schritt 1]
Das lichtempfindliche Element 101, mit dem die Reinigungseinheit 301 im Anschlag gehalten wird, wird so angetrieben, daß es sich mit einer vorgegebenen Drehzahl dreht. In 3A bewegt sich die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes 101 von links nach rechts, um dem Reinigungsblatt 302 näher zu treten.
Auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes 101 wird ein Tonerbild durch die Schritte des elektrostatischen Aufladens der Oberfläche, der Erzeugung eines latenten Bildes darauf und der Entwicklung des latenten Bildes erzeugt.
Die anhaftenden Materialien 3001 einschließlich des Toners, der nicht auf das Transfermedium übertragen wurde, und von Harz- und Talkteilen werden ebenfalls näher an die Reinigungseinheit gebracht, da sie über eine elektrostatische Kraft, eine Intermolekularkraft, eine Reibkraft und andere Kräfte, die eine Haftung bewirken, gezwungen werden, an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes zu haften.
Falls erforderlich, wird das lichtempfindliche Element auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten.
Wie vorstehend erläutert, muß die Reinigungseinheit keine Reinigungsrolle 303 (oder eine Reinigungsbürste, die hiernach nicht speziell erwähnt wird) aufweisen.
Wenn das Reinigungsblatt 302 an der Anschlagstelle mit der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes verwendet wird, kann auch Pulver auf dasselbe aufgebracht werden, so daß ein Schmiereffekt entsteht. Im Schritt der 3A wird ein Teil des angesammelten Abfalltoners oder des der Reinigungsrolle über eine geeignete Einrichtung zugeführten Toners in geeigneter Weise mit Hilfe des Tonerpools 307 zur Verwendung von der Reinigungsrolle 303 zugeführt.
[Schritt 2]
Wenn die Reinigungseinheit eine Reinigungsrolle 303 umfaßt, werden die vorstehend beschriebenen anhaftenden Materialien 3001 einschließlich des restlichen Toners abgescheuert und abgeschabt oder von der Reinigungsrolle 303 abgesaugt, um gesammelt zu werden. Die Materialien 3001 werden dann in die Reinigungsrolle 303 aufgenommen (3B).
[Schritt 3]
Die anhaftenden Materialien 3001, die den restlichen Toner umfassen und von der Reinigungsrolle 303 aufgenommen werden, werden dann von einem geeigneten Mechanismus, wie einer Abstreifrolle (oder eines Abstreifblattes, das hiernach nicht mehr speziell erwähnt wird), teilweise gesammelt. Die gesammelten anhaftenden Materialien 3001 einschließlich des restlichen Toners werden dann dem To nerpool 305 innerhalb der Reinigungseinheit 301 zugeführt (3C).
Wie vorstehend beschrieben, kann der restliche Toner von der Reinigungsrolle 303 mit einer geeigneten Rate hinsichtlich des Schmiereffektes des Reinigungsblattes 302 am lichtempfindlichen Element abgegeben werden.
Der gesammelte Toner wird dann in einen Abfalltonerbehälter (nicht gezeigt) mit Hilfe des Abfalltonerabgabesystems 306 bewegt.
Alternativ dazu kann der gesammelte Toner gesiebt werden, und der gesiebte Toner kann teilweise oder hauptsächlich wiederverwendet werden.
[Schritt 4]
Die anhaftenden Materialien 3001 einschließlich des restlichen Toners, der nicht von der Reinigungsrolle 303 gesammelt wurde, des restlichen Toners, der nicht von der Reinigungsrolle einer Reinigungseinheit, die kein Reinigungsblatt 303 umfaßt, abgegeben wurde, oder der restliche Toner, der nach der Abgabe des Toners von der Reinigungsrolle zurückgelassen wurde, werden näher an das Reinigungsblatt 302 herangebracht, da sie an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes 101 haften bleiben. Dann werden der restliche Toner und die anderen anhaftenden Materialien typischerweise vom Reinigungsblatt 302 der Reinigungseinheit 301 abgeschabt und gesammelt.
Der gesammelte Toner wird dann zu einem Abfalltonerspeicherbehälter (nicht gezeigt) mit Hilfe des Abfalltonerabgabesystems 306 bewegt, das typischerweise eine Schnecke umfasst, und dann weiter weggeführt (3D).
Der Abfalltonerspeicherbehälter kann an einer Stelle (nicht gezeigt) innerhalb der Bilderzeugungsvorrichtung angeordnet oder alternativ dazu in die Reinigungseinheit eingearbeitet sein, wenn es sich bei der Bilderzeugungsvorrichtung um einen Laserdrucker (LBP) vom Kartuschentyp handelt.
Das latente elektrostatische Bild, das auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes verbleibt, wird von einer konditionierenden Lichtquelle 109 gelöscht.
Wie vorstehend beschrieben, kann die Reinigungsrolle 303 durch eine Reinigungsbürste ersetzt werden, die in Anschlag mit der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes gehalten wird, um diverse anhaftenden Materialien abzuschaben.
Es wurde bereits die Verwendung einer magnetischen Reinigungsrolle aus magnetischem Material, einer Reinigungsrolle, die magnetisch mit einer Polarität vorgespannt ist, die zu der des Toners entgegengesetzt ist, oder einer Reinigungsrolle mit Eigenschaften, die zu denen des Toners entgegengesetzt sind, vorgeschlagen, wobei diese Reinigungsrolle den restlichen Toner auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes auf kontakt freie Weise sammelt oder in direktem Kontakt mit der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes oder indirektem Kontakt damit mit Hilfe des bereits auf die Oberfläche der Rolle gesaugten und auf dieser bereits abgeschiedenen Toners sammelt.
Solche Vorrichtungen (Reinigungsblatt, Reinigungsbürste, Reinigungsrolle etc.) sind wahlweise in der Reinigungseinheit angeordnet und werden unabhängig voneinander oder in Kombination verwendet, um auf wirksame Weise Fremdmaterialien und Tonerpulver von der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes zu entfernen.
Wie vorstehend angedeutet, findet eine zunehmende Zahl von Bilderzeugungsvorrichtungen unter verschiedenartigen Betriebsbedingungen einschließlich einer gut klimatisierten Umgebung zwischen Bedingungen mit niedriger Temperatur/geringer Feuchtigkeit und hoher Temperatur/hoher Feuchtigkeit Verwendung.
Bei einem Einsatz in einer besonders rauhen Umgebung gibt es einen großen Bedarf nach einer Bilderzeugungsvorrichtung, die auf elektrofotografisch beständige Weise arbeitet, ohne daß Probleme hinsichtlich eines schlechten Reinigungsverhaltens und der Adhäsion von geschmolzenem Toner auftreten, so daß die Vorrichtung wartungsfrei arbeiten und eine lange nutzbare Lebensdauer besitzen kann.
Daher muß eine ein elektrofotografisches System nutzende Bilderzeugungsvorrichtung auf beständige Weise klare Bilder mit einer hohen Qualität über eine lange Zeitdauer unabhängig von Umgebungsschwankungen liefern, da diese Vorrichtungen mehr und mehr unter den unterschiedlichsten Betriebsbedingungen für personelle Einsätze betrieben werden. Darüber hinaus müssen diese Vorrichtungen eine geringe Größe besitzen und mit geringen Kosten verbunden sein.
Damit eine Bilderzeugungsvorrichtung klare Bilder mit hoher Qualität über eine lange Zeitdauer liefert, ist es erforderlich, das latente Bild genau zu steuern und die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes gleichmäßig zu reinigen. Ferner muß die Reinigungseinheit der Bilderzeugungsvorrichtung eine geringe Größe besitzen und eine verringerte Zahl von Komponenten aufweisen, die einfach ausgebildet sind.
Wenn jedoch das Reinigungssystem vereinfacht und so ausgebildet wird, daß es eine lange Lebensdauer besitzt, entsteht das Problem, daß der restliche Toner, wenn auch nur teilweise, vom Reinigungsblatt 302 und anderen Elementen nicht entfernt wird und auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes zurückbleibt.
Die verbleibenden anhaftenden Materialien werden dann mehr als einmal den entsprechenden Betriebsschritten vom elektrostatischen Aufladen an ausgesetzt.
Des weiteren können die auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes zurückbleibenden Materialien über einen größeren Bereich der Oberfläche des licht empfindlichen Elementes verteilt und/oder höher angeordnet werden, als sie vom Reinigungsblatt 302 und der Reinigungsbürste oder der Reinigungsrolle 303 und auch vom Transfermaterial (nicht gezeigt) und/oder der auf der Oberfläche vorhandenen Wärme beseitigt werden können.
Da die vorstehend genannten Schritte wiederholt werden, können zusätzliche Fremdmaterialien auf der Oberfläche haften bleiben, so daß der Bereich und die Höhe der anhaftenden Materialien vergrößert werden.
Auf diese Weise wachsen die anhaftenden Materialien, die von der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes durch die Reinigungseinheit nicht entfernt werden, allmählich an, bis sie schließlich zu visuell erkennbaren schwarzen Flecken auf den Bildern, die von der Vorrichtung erzeugt werden, werden.
Insbesondere dann, wenn die Bilderzeugungsvorrichtung nach einer langen Pause verwendet wird, wird oft festgestellt, daß sich der Toner und die Papierreste, die sich in der Reinigungseinheit angesammelt haben (hiernach zusammen als angesammelter Toner bezeichnet), oft in der Einheit agglomeriert haben.
Wenn keine Agglomeration des angesammelten Toners stattgefunden hat, wenn die Vorrichtung nach einer langen Pause wiederverwendet wird, kann sich der in der Nähe des Kontaktpunktes oder der Kontaktlinie der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes und der Reinigungseinheit befindliche restliche Toner oft angesammelt haben, wenn die Temperatur in der Nähe des lichtempfindlichen Elementes der Vorrichtung angestiegen ist, so daß auch die Temperatur des Toners erhöht wurde.
Insbesondere bei einer Bilderzeugungsvorrichtung, die mit einer Heizeinrichtung zum Regulieren der Oberflächentemperatur des lichtempfindlichen Elementes versehen ist, kann sich der auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes und der Reinigungseinheit befindliche Toner angesammelt haben, so daß ein Phänomen entsteht, das als Blockierphänomen bezeichnet wird und die Reinigungseinrichtungen der Reinigungseinheit einschließlich des Reinigungsblattes und der Reinigungsrolle in den Anfangsstadien des Bilderzeugungsvorganges, der nach einer langen Pause durchgeführt wird, beschädigt.
Wenn der haftende Toner anwächst, entsteht des weiteren eine Reihe von Problemen in bezug auf die Reinigungseinheit, wie beispielsweise die Entwicklung von beschädigten Reinigungselementen einschließlich eines abgesplitterten oder mit Graten versehenen Reinigungsblattes und einer Reinigungsrolle mit einer oder mehr als einer Nut, die auf der Oberfläche ausgebildet ist, eines vibrierenden Reinigungsblattes und einer ungleichmäßigen Spaltbreite zwischen der Reinigungsrolle und dem lichtempfindlichen Element sowie entlang der Achse des lichtempfindlichen Elementes. Diese Probleme können dazu führen, daß der entsprechende Teil auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes nicht richtig gereinigt wird.
Dann weist die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes eine "schlechte Reinigung" auf, die von einem in zufriedenstellender Weise gereinigten Zustand weit entfernt ist.
Diese schlechte Reinigung kann wiederum zu solchen nachteiligen Phänomen führen, wie "schwarzen Streifen" aus Toner, die von einem abgesplitterten Reinigungsblatt erzeugt werden, einer "Filmbildung", durch die die gesamte Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes auf dünne Weise mit Toner beschichtet wird, und einer "Verschmelzung", bei der schwarze Flecken auf dem Bild infolge einer Adhäsion des Toners auftreten.
Auch können die Dicke des beschichteten Toners auf der Oberfläche der Reinigungsrolle und der Druck der Reinigungsrolle, der auf das lichtempfindliche Element aufgebracht wird, örtliche Ungleichmäßigkeiten aufweisen, so daß die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes ungleichmäßig abgeschabt wird.
Dann kann einfallendes Licht, das auf das lichtempfindliche Element aufgebracht wird, ungleichmäßig gebrochen werden, so daß Interferenzerscheinungen entstehen, die wiederum örtliche Veränderungen in der wirksamen Menge des Lichtes, das in die lichtempfindliche Schicht des lichtempfindlichen Elementes eindringt, und somit eine ungleichmäßige Bilddichte erzeugen.
Diese und andere Phänomene verschlechtern die Qualität des Bildes und erfordern eine häufige Wartung und sogar den Austausch von Teilen der Vorrichtung, so daß die Bilderzeugungsvorrichtung als Ganzes nicht mehr wartungsfrei ist.
Verschiedenartige Techniken sind vorgeschlagen worden und werden gegenwärtig eingesetzt, um derartige Probleme zu beseitigen, indem die an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes haftenden Fremdmaterialien vollständig entfernt werden. Bekannte Techniken sind beispielsweise die folgenden:

(1) Eine Technik zum Steuern des Drucks (Anschlagdrucks) des Reinigungselementes, beispielsweise des Reinigungsblattes, der Reinigungsbürste oder der Reinigungsrolle, das gegen das lichtempfindliche Element stößt;
(2) eine Technik zum Auswählen einer optimalen Relativgeschwindigkeit des Reinigungselementes und des lichtempfindlichen Elementes und zur Verwendung eines optischen Materiales für das Reinigungselement zur Verbesserung des Abschabeffektes der anhaftenden Materialien;
(3) eine Technik zum Modifizieren des Oberflächenprofils der Reinigungsrolle durch Ausbilden einer schraubenförmigen Nut auf der Oberfläche; und
(4) eine Technik zum Steuern des Reinigungsvorganges mit Hilfe eines magnetischen Materiales oder einer Vorspannung.

Das Phänomen eines "verschmierten Bildes (bei hoher Feuchtigkeit)", das auftritt, wenn die Bilderzeugungsvorrichtung in wiederholter Weise in einer Umgebung mit hoher Feuchtigkeit/hoher Temperatur eingesetzt wird, und zu einem fehlerhaften Bild führt, kann augenscheinlich werden, wenn die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes unter dem Einfluß von Koronaprodukten, die auf Ozon zurückzuführen sind, das von der Aufladeeinheit erzeugt wird, Feuchtigkeit adsorbiert. Dieses Phänomen führt dann wiederum zu einem seitlichen Ausfluß der elektrostatischen Ladung und zu einem verschmierten Bild.
Für den Fall eines lichtempfindlichen Elementes vom a-Si-Typ beschreibt die japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung 1-34205 eine Maßnahme gegen verschmierte Bilder unter Verwendung einer Heizeinrichtung zum Verdampfen der Feuchtigkeit, die in die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes adsorbiert wurde. In entsprechender Weise beschreibt die japanische Patentveröffentlichung 2-38956 ein Verfahren zum Entfernen von Koronaprodukten von der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes durch Bürsten der Oberfläche mit Hilfe einer von einer magnetischen Rolle und einem magnetischen Toner gebildeten Bürste. Die japanische Offenlegungsschrift 61-100780 beschreibt ein Verfahren zum Entfernen von Koronaprodukten durch Scheuern der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes mit Hilfe einer elastischen Rolle.
Zum Scheuern der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes kann auch eine vorstehend beschriebene Reinigungsrolle oder Reinigungsbürste eingesetzt werden.
Die Technik zum Scheuern der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes ist besonders gut geeignet wenn die Oberfläche sehr hart ist, wie dies bei einem lichtempfindlichen Element vom a-Si-Typ der Fall ist.
Im Falle eines relativ weichen lichtempfindlichen Elementes, wie eines organischen lichtempfindlichen Elementes (OPC), sind eine Technik zum Ausbilden einer elektrofotografischen Vorrichtung unter der Annahme eines Scheuerns oder Polierens des lichtempfindlichen Elementes und eine Technik zum Versehen des lichtempfindlichen Elementes mit einem Merkmal, so daß dieses gleichmäßig poliert wird, um eine verlängerte nutzbare Lebensdauer zu erhalten, vorgeschlagen worden.
Die meisten der vorgeschlagenen Techniken zum Verbessern des Effektes der Entfernung von Fremdmaterialien bestehen jedoch in einer Verstärkung des Anschlages oder der Intrusion (Verformung) des Reinigungselementes oder der relativen Geschwindigkeit der Reinigungsbürste oder der Reinigungsrolle und des lichtempfindlichen Elementes, um die Reibkraft zu erhöhen.
Als Ergebnis hiervon wird die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes abradiert, so daß auf diese Weise der Versuch zur Verlängerung der nutzbaren Lebensdauer abgeblockt wird. Darüber hinaus kann das Reinigungsblatt absplittern, und die Reinigungsrolle kann Kratzer erhalten, wenn das lichtempfindliche Element und die Reinigungseinheit einer derart großen Belastung ausgesetzt sind. Alles in allem umfassen diese Maßnahmen die Aufbringung einer erhöhten Belastung auf die Bilderzeugungsvorrichtung mit dem lichtempfindlichen Element und der Reinigungseinheit.
Wenn ein derartiges abgesplittertes oder mit Graten versehenes Profil nicht augenscheinlich ist, kann das beeinträchtigte Element eine Änderung des Profils aufweisen, die das Reinigungsverhalten der Reinigungseinheit nachteilig beeinflusst.
Während eine Technik zum Steuern des Reinigungsvorganges mit Hilfe eines magnetischen Materiales oder einer Vorspannung das Reinigungsvermögen ohne Erhöhung der Reibung verbessern kann, können einige der Substanzen, die auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes verbleiben, nicht durch Coulomb'sche Kräfte, die durch magnetische Kräfte oder elektrostatische Kräfte bewirkt werden, beeinflusst werden, wenn derartige Substanzen nicht magnetisch sind.
Ferner macht eine derartige Technik den Einsatz eines Permanentmagneten oder eines Elektromagneten erforderlich, der mit einer Stromquelle verbunden ist, wodurch wiederum der Versuch zur Verringerung der Größe und Kosten der Vorrichtung blockiert wird.
Es ist daher wichtig, die obigen Probleme zu klären, um eine wartungsfreie elektrofotografische Vorrichtung mit geringer Größe und geringen Kosten zu erreichen, die ihr Reinigungsverhalten auf beständige Weise über eine verlängerte Zeitdauer aufrechterhalten kann.
Obwohl eine derartige Vorrichtung auch eine verbesserte Konfiguration aufweisen sollte, kann es unverzichtbar sein, das Steuervermögen der Reinigung der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes zu verbessern, um eine solche Vorrichtung zu verwirklichen.
Mit anderen Worten, um die Qualität des von einer derartigen Vorrichtung erzeugten Bildes zu verbessern, muß der Effekt der Reinigung der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes rigoros gesteuert werden, indem die Haftung der Fremdmaterialien und des Toners an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes mit Hilfe einer Reinigungseinheit gesteuert wird.
Die japanischen Offenlegungsschriften 60-22131, 60-22132 und 1-269945 und die japanische Patentschrift 4-62579 beschreiben Techniken zum Definieren des Zustandes der obersten Fläche eines lichtempfindlichen Elementes mit Hilfe des Kontaktwinkels mit reinem Wasser, obwohl keine dieser Patentveröffentlichungen in zufriedenstellender Weise den Kontakt von Toner und von Fremdmaterialien und den Effekt der Benetzung von Fremdmaterialien, wie To ner, sowie deren Korrelation mit dem Reinigungsvermögen beschreibt.
Es ist besonders wünschenswert, das Reinigungsvermögen in einfacher Weise zu messen und die erhaltenen Messergebnisse zum Definieren einer optimalen Kombination aus dem lichtempfindlichen Element und dem Toner zu verwenden, damit die elektrofotografische Vorrichtung auf beständige Weise Bilder mit hoher Qualität erzeugen kann.
Eine solche Anordnung ist besonders wirksam und geeignet für kleine elektrofotografische Vorrichtungen, die in großem Umfang verwendet werden, wie Laserdrucker, kleine Kopiergeräte und Faxgeräte.
Angesichts der obigen Probleme ist es daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein lichtempfindliches Element zur Verwendung für eine Bilderzeugungsvorrichtung, das eine verbesserte Reinigungsmöglichkeit seiner Oberfläche aufweist, um auf diese Weise die nutzbare Lebensdauer des lichtempfindlichen Elementes zu verlängern, sowie eine Bilderzeugungsvorrichtung, die ein derartiges lichtempfindliches Element umfasst, zu schaffen.
Ein anderes Ziel der Erfindung betrifft die Schaffung eines lichtempfindlichen Elementes zur Verwendung für eine Bilderzeugungsvorrichtung, das insbesondere in bezug auf seine Reinigungseinheit, die ein Reinigungsblatt aufweist, besonders klein ausgebildet ist, um auf diese Weise die Belastung der Reinigungseinheit zu reduzieren und die Wartungszyklusdauer zu verlängern, und einer Bilderzeugungsvorrichtung, die ein derartiges lichtempfindliches Element aufweist.
Noch ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein lichtempfindliches Element zur Verwendung für eine Bilderzeugungsvorrichtung, das einen energiesparenden Antriebsmotor geringer Größe aufweist, um die Verwendung einer zusätzlichen Vorrichtung einer Trommelheizeinrichtung zu vermeiden und auf diese Weise die Gesamtvorrichtung klein und mit geringem Gewicht auszubilden, so daß auf diese Weise weniger Energie verbraucht wird, und eine Bilderzeugungsvorrichtung, die ein derartiges lichtempfindliches Element aufweist, zu schaffen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung betrifft die Schaffung eines lichtempfindlichen Elementes zur Verwendung für eine Bilderzeugungsvorrichtung, das in einer Kartusche untergebracht werden kann, sowie einer Bilderzeugungsvorrichtung, die ein derartiges lichtempfindliches Element aufweist.
Erfindungsgemäß wird ein lichtempfindliches Element zur Verwendung für eine Bilderzeugungsvorrichtung geschaffen, das auf wiederholte Weise ein Bild erzeugen kann, indem ein Bilderzeugungsprozeß durchgeführt wird, der die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden eines latenten Bildes durch elektrostatisches Aufladen des lichtempfindlichen Elementes und Belichten desselben zur Erzeugung eines Tonerbildes, Übertragen des Tonerbildes auf ein Transfermedium und Reinigen der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes, wobei die freie Ober flächenenergie (γ) auf der obersten Fläche des lichtempfindlichen Elementes zwischen 35 und 65 mN/m beträgt.
Die freie Oberflächenenergie (γ) eines lichtempfindlichen Elementes wird von der Forkes'schen Extensionstheorie abgeleitet, wobei γ die Benetzbarkeit der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes in bezug auf Fremdmaterialien, wie an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes haftendem Toner, wiedergibt. Die Arbeitsbelastung zum Entfernen von Fremdmaterialien, wie Toner, während des Reinigungsschrittes kann durch geeignetes Steuern des Wertes γ reduziert werden.
Das lichtempfindliche Element zur Verwendung für eine Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Variation (Δγ) der freien Oberflächenenergie (γ) im Gebrauch geringer ist als 25 mN/m.
Durch Definieren und Steuern der Variation (Δγ) der Benetzbarkeit der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes in bezug auf an der Oberfläche haftende Fremdmaterialien ist es möglich, die zum Reinigen der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes durch Abtrennung von Fremdmaterialien, wie Toner, erforderliche Belastung auf einem konstanten Niveau zu halten.
Ferner können die Leistung der Reinigungseinheit und des lichtempfindlichen Elementes durch die Verringerung der Reinigungsbelastung über eine verlängerte Zeitdauer aufrechterhalten werden.
Es ist somit möglich, die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Erzeugungsschritte für das latente und sichtbare Bild und der anderen Bilderzeugungsschritte über einen langen Zeitraum aufrechtzuerhalten, so daß die Vorrichtung auf beständige Weise Bilder mit hoher Qualität liefern kann.
Es folgt nunmehr eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen. Hiervon zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Bilderzeugungsvorrichtung, bei der ein elektrofotografisches System Verwendung findet, wobei deren Aufbau dargestellt ist;
2 eine schematische Ansicht einer Reinigungseinheit, die für eine Bilderzeugungsvorrichtung verwendet werden kann, wobei deren Aufbau dargestellt ist;
die 3A, 3B, 3C und 3D schematische Seitenansichten einer Reinigungseinheit, wobei ein Reinigungsvorgang dargestellt ist;
4 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem linearen Druck eines Reinigungsblattes und der Reinigungsmöglichkeit desselben zeigt;
5 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem linearen Druck eines Reinigungsblattes und dem abgesplitterten Zustand desselben zeigt;
die 6 und 7 schematische Ansichten einer Entwicklungseinheit und des Verhaltens von Toner;
die 8A, 8B, 8C, 8D, 8E und 8F schematische Schnittansichten von lichtempfindlichen Elementen, wobei der Schichtaufbau derselben dargestellt ist;
9 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Herstellen eines lichtempfindlichen Elementes zur Verwendung für eine Bilderzeugungsvorrichtung;
10 eine schematische Ansicht einer anderen Vorrichtung zum Herstellen eines lichtempfindlichen Elementes zur Verwendung für eine Bilderzeugungsvorrichtung;
11 eine schematische Schnittansicht eines lichtempfindlichen Elementes, wobei der Schichtaufbau desselben dargestellt ist;
12 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Eu und den Temperatureigenschaften eines lichtempfindlichen Elementes zeigt;
13 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen D.O.S. und dem optischen Speicherniveau eines lichtempfindlichen Elementes zeigt;
14 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen D.O.S. und dem Niveau eines verschmierten Bildes bei einem lichtempfindlichen Element zeigt;
15 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Si-H₂/Si-H (Wasserstoffbindungsniveau) und dem Grobbildniveau eines lichtempfindlichen Elementes zeigt;
16 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem spezifischen Oberflächenwiderstand und dem Rang eines lichtempfindlichen Elementes zeigt;
17 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der freien Oberflächenenergie γ und der Reinigungsmöglichkeit/Bildqualität zeigt;
18 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Variation Δγ der freien Oberlfächenenergie γ und der Bildqualität zeigt;
die 19, 21, 23, 25, 27, 29 und 31 Diagramme, die die Beziehung zwischen der Durchlaufzahl von Blättern (Haltbarkeit) und der freien Oberflächenenergie γ in entsprechenden Haltbarkeitstests zeigen; und
die 20, 22, 24, 26, 28, 30 und 32 Diagramme, die die Beziehung zwischen der Durchlaufzahl von Blättern (Haltbarkeit) und der Variation (Δγ) der freien Oberflächenenergie in entsprechenden Haltbarkeitstests zeigen.
Es wird nunmehr die vorliegende Erfindung in größeren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, wann immer erforderlich, erläutert.
Obwohl die Bilderzeugungsvorrichtung, die in lichtempfindliches Element vom a-Si-Typ umfaßt, mit einer Heizeinrichtung zum Erhitzen des lichtempfindlichen Elementes versehen sein kann, handelt es sich bei der Heizeinrichtung vorzugsweise um eine Heizeinrichtung mit geringer Leistung oder kann die Heizeinrichtung vom Energiesparstandpunkt her vollständig entfallen.
Der Spielraum des lichtempfindlichen Elementes in bezug auf geschmolzenen Toner wird erweitert, wenn die Oberflächentemperatur des lichtempfindlichen Elementes fällt.
Es versteht sich von selbst, daß sich die Betriebseigenschaften des lichtempfindlichen Elementes einschließlich des Tragvermögens von elektrostatischen Ladungen mit einem Temperaturabfall nicht verändern, wenn eine Heizeinrichtung geringer Leistung oder überhaupt keine Heizeinrichtung verwendet wird.
Ein lichtempfindliches Element vom a-Si-Typ, das für die Zwecke der vorliegenden Erfindung verwendet wird, besitzt vorzugsweise verbesserte Betriebseigenschaften. Ein solches lichtempfindliches Element vom a-Si-Typ umfasst vorzugsweise eine fotoleitende Schicht, die Wasserstoff mit 10 bis 30 Atom-% enthält, ein charakteristisches Energieniveau von 50 bis 60 meV am exponen tiellen Urbach-Ende des Fotoabsorptionsspektrums zeigt und eine lokalisierte Zustandsdichte von 1 × 10¹⁴ bis 1 × 10¹⁶ cm/^–3 aufweist.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden vergrößert, wenn ein lichtempfindliches Element vom a-Si-Typ verwendet wird, das verbesserte Temperatureigenschaften in bezug auf eine Änderung des Tragvermögens von elektrischen Ladungen mit der Temperatur in Kombination mit dem obigen Effekt aufweist.
Es werden nunmehr das gesamte elektrofotografische Verfahren und die im Verfahren verwendete Reinigungseinheit in Verbindung mit 1, die eine schematische Darstellung einer Bilderzeugungsvorrichtung zeigt, beschrieben.
Gemäß 1 ist das lichtempfindliche Element 101, das sich in Richtung des Pfeiles X drehen kann, von einer Hauptaufladeeinheit 102, einer Stelle 103 zur Erzeugung eines latenten elektrostatischen Bildes, einer Entwicklungseinheit 104, einem Transferpapierzuführsystem 105, einer Transferaufladeeinheit 106 (a), einer Trennaufladeeinheit 106 (b), einer Reinigungseinheit 107, einem Abgabesystem 108 und einer konditionierenden Lichtquelle 109 umgeben. Falls erforderlich, kann das lichtempfindliche Element 101 mit einer inneren Umfangsflächenheizeinrichtung 125 zum Steuern der Temperatur des lichtempfindlichen Elementes 101 versehen sein.
Beim Bilderzeugungsprozeß wird die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes 101 von der Hauptaufladeeinheit 102, an die eine Hochspannung von +5 bis 10 kV von einer Spannungsanlegeeinrichtung (nicht gezeigt) angelegt wird, gleichmäßig elektrostatisch aufgeladen. Im Betrieb wird Licht von einer Lampe 110 emittiert und von einem auf einer Originalglasmontageeinheit 111 angeordneten Original 112 und weiter von Spiegeln 113, 114, 115 reflektiert, bevor es von einer Linse 118 in einer Linseneinheit 117 fokussiert und von einem Spiegel 116 reflektiert wird, um die Stelle zur Erzeugung des latenten elektrostatischen Bildes des lichtempfindlichen Elementes zu belichten und ein latentes elektrostatisches Bild darauf auszubilden.
Das latente Bild wird mit Toner negativer Polarität (hiernach als "negativer Toner" bezeichnet) von der Entwicklungseinheit 104, an die eine vorgegebene Wechselstrom- oder Wechselstrom- und Gleichstromspannung gelegt wird, beaufschlagt, um es in ein Tonerbild zu überführen.
Ein Transfermedium P wird zugeführt, wobei es von einer Kopierpapierführung 119 geführt und sein Vorderrand von Registerrollen 122 reguliert wird. Das auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes 101 erzeugte Tonerbild wird durch Anlegen eines elektrischen Feldes mit einer Polarität, die zu der des Toners entgegengesetzt ist, das zwischen der Transferaufladeeinheit 106 (a), an die eine Hochspannung von 7 bis 8 kV angelegt wird, und dem lichtempfindlichen Element 101 an der Rückseite erzeugt wird, auf das Transfermedium P übertragen.
Dann wird das Transfermedium P vom lichtempfindlichen Element 101 mit Hilfe der Trennaufladeeinheit 106 (b), die mit einer hohen Wechselspannung von 1,2 bis 1,4 kV mit einer Frequenz von 300 bis 600 Hz beaufschlagt wird, und/oder einer Trenneinrichtung, beispielsweise einer Trennklinke (nicht gezeigt), getrennt und mit Hilfe eines Transferpapierabgabesystems 108 zu einer Fixiereinheit 123 bewegt, an der das Tonerbild über Fixierrollen 124, die in der Fixiereinheit 123 angeordnet sind, fixiert wird, bevor es zur Außenseite der Bilderzeugungsvorrichtung abgegeben wird.
Der restliche Toner auf dem lichtempfindlichen Element 101 wird von einem Reinigungsblatt 120, das in der Reinigungseinheit 107 angeordnet ist, abgeschabt. Die Reinigungseinheit 107 kann zusätzlich eine Reinigungsrolle aufweisen. Nach dem Reinigungsvorgang wird das auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes verbleibende latente elektrostatische Bild durch eine konditionierende Lichtquelle 109 gelöscht.
Die in 1 gezeigte Bilderzeugungsvorrichtung ist eine analoge Bilderzeugungsvorrichtung, bei der das lichtempfindliche Element positiv elektrifiziert und negativ elektrifizierter Toner verwendet wird.
Im Fall einer digitalen Bilderzeugungsvorrichtung wird vom Original reflektiertes Licht in ein Signal umgeformt. Bei dem zu verwendenden Licht kann es sich um kohärentes Licht handeln, beispielsweise einen Laserstrahl, der in Abhängigkeit von der Lichtempfindlichkeit und anderen Eigenschaften des lichtempfindlichen Elementes eine vorgegebene Wellenlänge aufweisen kann.
Die Polarität der elektrostatischen Aufladung, die Polarität des Toners, der Prozeß der elektrostatischen Aufladung und der Prozeß der Entwicklung sowie der Prozeß der Übertragung und die zu verwendenden Spannungen können in Abhängigkeit von den jeweiligen Umständen verändert werden.
[Reinigungseinrichtung]
2 zeigt schematisch eine Reinigungseinheit, die für die Zwecke der Erfindung verwendet werden kann.
Die Reinigungseinheit 107 der 2 umfaßt ein Reinigungsblatt 302, das typischerweise aus Urethankautschuk besteht, eine Reinigungsrolle 303 aus Silikonkautschuk, Schwamm oder einem magnetischen Material, eine Abstreifrolle 304, einen Abfalltonerpool 305 und ein Abfalltonerabgabesystem 306. Die Abstreifrolle (oder das Abstreifblatt) ist vorhanden, falls erforderlich.
Die Reinigungseinheit 107 kann durch eine entsprechende Reinigungseinheit ersetzt werden, die einige der vorste hend aufgeführten Komponenten und/oder einige andere Komponenten aufweist.
Das Reinigungsblatt 302 ist so angeordnet, daß es mit einem geeigneten Anschlagdruck oder unter einem geeigneten Intrusionsausmaß gleichmäßig gegen die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes stößt. Das Reinigungsblatt 302 kann, falls erforderlich, mit einem Ausgleichs- oder Verschiebungsmechanismus versehen sein, um die Gleichmäßigkeit des Anschlages zwischen sich und der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes zu verbessern.
Falls erforderlich, ist zusätzlich eine Reinigungsrolle 303 in der Nachbarschaft des Reinigungsblattes 302 angeordnet. Die Reinigungsrolle 303 besteht aus einem elastischen Material, wie Silikonkautschuk, einem schwammigen Material oder einem magnetischen Material und/oder wird einer Vorspannung mit einer Polarität, die der des Toners entgegengesetzt ist, ausgesetzt. Sie stößt direkt oder indirekt mit Hilfe eines magnetischen Pulvers, wie Toner, das durch magnetische Kräfte zum Haften an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes gebracht wird, gegen das lichtempfindliche Element.
Des weiteren kann eine Reinigungsbürste aus Kunstharzfaser oder Metallfaser unabhängig oder in Kombination mit einer Reinigungsrolle aus Kunstharz oder einem magnetischen Material verwendet werden.
Reibung entsteht, wenn die Reinigungseinrichtung, beispielsweise das aus Urethankautschuk bestehende Reinigungsblatt 302, innerhalb der Reinigungseinheit 301 relativ zur Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes bewegt wird.
Die an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes haftenden Materialien werden unter dem Effekt der erzeugten Reinigungskraft abgescheuert und abgeschabt. Der abgeschabte und gesammelte Toner (gesammelte Toner) wird von der Abstreifrolle (oder dem Abschaber) 304 teilweise von der Reinigungsrolle 303 entfernt und über den Abfalltonerpool 305 der Reinigungseinheit und das Abfalltonerabgabesystem 306 einem Abfalltonerspeicherbehälter (nicht gezeigt) zugeführt.
Wie vorstehend erläutert, ist eine beträchtliche Last, typischerweise in der Form einer Reibkraft, erforderlich, um die Fremdmaterialien auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes abzuscheuern und zu entfernen.
Der Anschlagdruck des Reinigungsblattess 302 oder einfacher gesagt der Druck des Reinigungsblattes liegt vorzugsweise zwischen 2 und 100 gf/cm, bevorzugter zwischen 5 und 50 gf/cm, wie aus den 4 und 5 hervorgeht, die die Beziehung zwischen der Reinigungsmöglichkeit und dem abgesplitterten Zustand des Blattes zeigen. 4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem linearen Druck eines Reinigungsblattes und dessen Reinigungsmöglichkeit zeigt (hiernach als Auswertung beschrieben), wenn die Spaltbreite (W) zwischen 30 und 120 μm variiert wird. 5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Lineardruck eines Reinigungsblattes und dem gesplitterten Zustand desselben zeigt (hiernach als Auswertung beschrieben), wenn die Höhe der Vorsprünge auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes zwischen 0 und 20 μm variiert wird.
Somit wird der Anschlagdruck des Reinigungsblattes innerhalb des obigen Bereiches in Abhängigkeit vom Material des lichtempfindlichen Elementes, dem Profil der Oberfläche einschließlich der Vorsprünge und der Relativgeschwindigkeit der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes ausgewählt.
Die Reinigungsrolle 303 wird so angetrieben, daß sie mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit relativ zur Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes gedreht wird, wobei sie mit der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes in direktem oder indirekten Kontakt gehalten wird.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Reinigungsrolle 303 in der Reinigungseinheit 301 mit einer Abstreifrolle (oder einem Schaber) 304 angeordnet, die im Anschlag hiermit gehalten wird.
Die Reinigungsrolle 303 wird so gedreht, daß sich ihre Oberfläche mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit relativ zur Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes be wegt und ihre Oberfläche die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes abscheuert.
Die Bewegungsgeschwindigkeit der Reinigungsrolle wird als positiv (+) ausgedrückt, wenn sie sich im Bewegungssinn des lichtempfindlichen Elementes bewegt (hiernach als "vorwärts" bezeichnet). Die Bewegungsgeschwindigkeit ist die Relativgeschwindigkeit in bezug auf das lichtempfindliche Element.
Um eine ungleichmäßige Reinigung und örtliche Streifen zu vermeiden, wird die Relativgeschwindigkeit über + 100 %, zwischen + 5 % und + 100 % oder zwischen – 4 % und – 80 % gehalten.
Es wird nunmehr die Relativgeschwindigkeit beschrieben und definiert.
Der hier verwendete Begriff "+ 100 %" betrifft einen Zustand, in dem sich die Reinigungsrolle vorwärts mit einer Geschwindigkeit dreht, die der Bewegungsgeschwindigkeit der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes entspricht.
Der verwendete Begriff "–100 %" betrifft einen Zustand, in dem sich die Reinigungsrolle rückwärts oder umgekehrt mit einer Geschwindigkeit dreht, die der Bewegungsgeschwindigkeit der Oberfläche der Reinigungsrolle entspricht.
Wenn sich die Reinigungsrolle vollständig im Stillstand befindet, beträgt die Relativgeschwindigkeit "0 %".
Wenn sich die Reinigungsrolle relativ zur Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes an der Anschlagstelle rückwärts dreht, kann ein guter Reinigungseffekt mit einer geringen Umdrehungsrate im Vergleich zu dem Zustand, in dem sich die Rolle vorwärts dreht, erzielt werden.
Dies wird signifikant, wenn man den Antriebsmotor der Reinigungsrolle 303 berücksichtigt. Ein zufriedenstellender Reinigungseffekt kann jedoch erreicht werden, wenn die Reinigungsrolle vorwärts mit einer geeigneten Relativgeschwindigkeit bewegt wird.
Des weiteren kann die Reinigungsrolle in jeder beliebigen Richtung angetrieben werden, solange sie in der Lage ist, die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes abzuscheuern.
Beispielsweise kann sie nicht im Drehsinn des lichtempfindlichen Elementes (parallel zur Blattebene der 4 oder 5), sondern in Richtung der Drehachse des lichtempfindlichen Elementes (senkrecht zur Blattebene der 4 oder 5) bewegt werden. Darüber hinaus kann sie in einer Richtung bewegt werden, die durch geeignetes Kombinieren der beiden genannten Richtungen erhalten wird.
In jedem Fall sollte die Relativgeschwindigkeit im wesentlichen nicht 0 % betragen und vorzugsweise in einem Bereich von – 4 % bis + 4 % liegen.
Des weiteren kann die Reinigungsrolle 303 mit einem Mechanismus zum Regeln der Distanz zwischen der Rolle und der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes oder der Spaltbreite und des Anschlagdrucks versehen sein.
Bei einer Reinigungsvorrichtung, die von einer Magnetkraft oder der Coulomb'schen Kraft Gebrauch macht, werden die an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes haftenden Materialien über die Magnetkraft oder die Coulomb'sche Kraft der Einheit an die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes angezogen und wieder von dieser entfernt.
Die Reinigungsvorrichtung sowie die Reinigungsrolle werden vorzugsweise so angetrieben, daß sie sich mit einer geeigneten Geschwindigkeit bewegen, um die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes abzuscheuern und die an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes haftenden Fremdmaterialien, einschließlich des restlichen Toners, mit einer Kraft zu entfernen, die größer ist als die Kraft, mit der sie an der Oberfläche haften.
Somit kann die Belastung des Reinigungsvorganges verringert werden, wenn die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes ein geringes Benetzungsvermögen besitzt.
Das Klebevermögen der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes kann in der Form von oberflächenfreier Energie (Synonym für Oberflächenspannung) detektiert werden.
[Freie Oberflächenenergie]
Nachfolgend wird nunmehr der Begriff freie Oberflächenenergie erläutert. Fremdmaterialien einschließlich des restlichen Toners haften an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes über intermolekulare Kräfte (van der Waals'sche Kräfte), die die physikalischen Bindungen erzeugen.
Intermolekulare Kräfte erzeugen ein Phänomen von freier Oberflächenenergie (γ) auf der obersten Fläche eines Objektes.
Grob gesagt wird ein Objekt auf eine von drei Arten benetzt.
Es gibt eine "Adhäsionsbenetzung", mit der das Objekt 1 am Objekt 2 haftet, eine "Verbreitungsbenetzung", mit der sich das Objekt 1 über das Objekt 2 verbreitet, und eine "Tauchbenetzung", mit der das Objekt 1 in das Objekt 2 taucht oder einsinkt.
Was die "Adhäsionsbenetzung" in bezug auf die freie Oberflächenenergie ( ) und das Benetzungsvermögen anbetrifft, so wird die Beziehung zwischen Objekt 1 und Objekt 2 durch die nachfolgende Gleichung (1) ausgedrückt, die aus der Young'schen Gleichung erhalten wird. γ1 = γ2 cos θ12 + γ12 (1)worin bedeuten:

γ₁:: freie Oberflächenenergie der Oberfläche von Objekt 1,
γ₂:: freie Oberflächenenergie von Objekt 2,
γ₁₂:: freie Grenzflächenenergie von Objekt 1/Objekt 2 und
θ₁₂:: Kontaktwinkel von Objekt 1/Objekt 2.

In der obigen Gleichung gibt Objekt 1 das lichtempfindliche Element und Objekt 2 die Fremdmaterialien wieder, wenn die Adhäsion von Fremdmaterialien und von Feuchtigkeit an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes innerhalb einer Bilderzeugungsvorrichtung beschrieben wird.
Aus Gleichung (1) geht hervor, daß das Benetzungs-vermögen reduziert werden kann, um den Wert ₁₂ zu erhöhen, indem die freie Oberflächenenergie ₁ auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes, auf der Toner durch das lichtempfindliche Element benetzt wird, erhöht und sowohl γ₂ als auch γ₁₂ verringert werden.
Somit kann im Reinigungsvorgang einer elektrofotografischen Vorrichtung der Adhäsionszustand auf der rechten Seite von Gleichung (1) gesteuert werden, indem die freie Oberflächenenergie γ₁ des lichtempfindlichen Elementes gesteuert wird.
Wenn die Haltbarkeit der Vorrichtung betrachtet wird, kann man sich auf der sicheren Seite befinden, wenn man annimmt, daß Fremdmaterialien einschließlich Toner von Zeit zu Zeit zugeführt werden, wobei γ₂ auf einem konstanten Wert gehalten wird. Andererseits variiert die freie Oberflächenenergie γ₁ des lichtempfindlichen Elementes im Gebrauch. Wenn γ₁ um Δγ₁ verändert wird, wird der Wert der rechten Seite von Gleichung (1) verändert. Mit anderen Worten, der Haftzustand von Fremdmaterialien auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes ändert sich, so daß somit auch das Reinigungsvermögen und die Belastung des Reinigungssystems verändert werden.
Anders ausgedrückt, das Reinigungsvermögen oder die Einfachheit der Reinigung des lichtempfindlichen Elementes kann durch Steuern von γ₁ auf einem konstanten Niveau gehalten werden.
Wenn ein festes Objekt durch Flüssigkeit benetzt wird, kann ihr Kontaktwinkel θ₁₂ direkt gemessen werden. Wenn jedoch ein festes Objekt durch ein anderes festes Objekt benetzt wird, wie im Falle eines lichtempfindlichen Elementes und von Toner, ist es unmöglich, ihren Kontaktwinkel θ₁₂ direkt zu messen.
Da ein lichtempfindliches Element gemäß der Erfindung und Toner beide fest sind, ist davon auszugehen, daß auch ihr Kontaktwinkel nicht direkt gemessen werden kann.
Y. Kitazawa und T. Hata et al. berichten in "Annual Report of Japan Association of Adhesion 8 (3)", Seiten 133–141 (1972), daß die Forkes'sche Theorie in bezug auf nicht polare intermolekulare Kräfte auf Komponenten mit intermolekularen Kräften vom polaren oder Wasserstoffbindungstyp vom Gesichtspunkt der freien Oberflächenenergie (Synonym für Oberflächenspannung) her ausgeweitet werden kann.
Auf der Basis der erweiterten Forkes'sche Theorie kann dann die freie Oberflächenenergie für unterschiedliche Objekte von zwei oder mehr Komponenten ermittelt werden. Eine Theorie der Adhäsionsbenetzung wird nachfolgend anhand von drei Komponenten beschrieben. Diese Theorie basiert auf der folgenden Annahme.
1. Regel der Additivität der freien Oberflächenenergie (γ). γd + γp + γh (2)worin bedeuten:

γ^d:: Bipolare Komponente (Benetzung infolge Polarität = Adhäsion),
γ^p:: Disperse Komponente (nicht polaress Benetzen = Adhäsion) und
γ^h:: Wasserstoffbindungskomponente (Benetzung infolge Wasserstoffbindung = Adhäsion).

Durch Anwendung dieser Regel auf die Forke'sche Theorie kann die freie Grenzflächenenergie γ₁₂ von zwei Objekten durch die nachfolgenden Formeln (3) und (4) ausgedrückt werden:
Somit kann die freie Oberflächenenergie unter Verwendung von Mitteln, deren Komponenten p, d und h der freien Oberflächenenergie bekannt sind, ermittelt werden, und die Adhäsion jedes dieser Mittel kann gemessen werden.
In einem Beispiel wurden reines Wasser, Methyleniodid und α-Bromonaphthalin für die Mittel ausgewählt, und ihre entsprechenden Kontaktwinkel an der Oberfläche eines lichtempfindlichen Elementes wurden mit Hilfe eines Kontaktwinkelmessgerätes CA-S ROLL (Marke, erhältlich von der Firma Kyowa Kaimen) gemessen. Dann wurde die freie Oberflächenenergie γ durch Computersoftware EG-11 zum Analysieren der freien Oberflächenenergie (Marke, erhältlich von der Firma Kyowa Kaimen) bestimmt.
Für die Zwecke der Erfindung können auch alle anderen beliebigen Mittel, deren Komponenten von p, d und h in geeigneter Weise kombiniert werden können, verwendet werden. Auch kann irgendeine andere generell anwendbare Messtechnik, wie beispielsweise das Wilhelmy-Verfahren und das De Noui-Verfahren, erfindungsgemäß eingesetzt werden.
Wie vorstehend erläutert, gibt es mehr als eine Art der "Benetzung". Was jedoch die Beobachtung der Adhäsion oder die Anschmelzung/Adhäsion von Toner an der Oberfläche eines lichtempfindlichen Elementes anbetrifft, so haftet der restliche Toner an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes an derselben und, wenn die Oberfläche auf wiederholter Weise einem Reinigungsprozeß und elektrostatischen Aufladeprozeß unterzogen wird, verbreitet sich über die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes, um einen filmähnlichen Zustand anzunehmen und fest an der Oberfläche zu haften, so daß ein Benetzungsphänomen auftritt. Somit spielt die "Adhäsionsbenetzung" eine wichtige Rolle für die Haftung des restlichen Toners an der Oberfläche eines lichtempfindlichen Elementes.
Des weiteren vergrößern schließlich Fremdmaterialien, wie Reste von Papier, Kunstharz und Talk, die an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes haften, den Kontaktbereich mit dem lichtempfindlichen Element (hiernach als "Grenzfläche" bezeichnet), so daß eine starke Benetzung auftritt.
Wenn die Fremdmaterialien, die an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes haften, durch Feuchtigkeit, die sich direkt an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes befindet, wörtlich "benetzt" werden, wird das sich auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes befindende Bild matt, welches Phänomen als "Verschmieren bei großer Feuchtigkeit" bezeichnet wird. Bei dem Bilderzeugungsprozeß der Elektrofotografie treten diverse Substanzen einschließlich Toner, wenn auch nur zeitweise, mit der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes in Haftung.
Von diesen Substanzen müssen der Toner, der nicht auf das Transfermedium übertragen wurde, oder der sogenannte "restliche Toner" sowie andere Fremdmaterialien innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer gereinigt und entfernt werden. Der hier verwendete Begriff "vorgegebene Zeitdauer" betrifft eine Zeitdauer von dem Zeitpunkt an, an dem diverse Substanzen, wenn auch nur zeitweise, mit der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes in Haftung treten, bis zu dem Zeitpunkt, an dem die anhaftenden Materialien auf wiederholte Weise einem Verbreitungs- und/oder weiteren Adhäsionszyklus unterzogen werden, um die Grenzfläche zwischen ihnen und der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes zu erhöhen.
Wenn das lichtempfindliche Element unter derartigen Bedingungen gereinigt wird, beeinflussen die "Adhäsionsbenetzung" und "Verbreitungsbenetzung" von Fremdmaterialien das Reinigungsvermögen des lichtempfindlichen Elementes sowie die nutzbare Lebensdauer der Reinigungseinheit und des lichtempfindlichen Elementes beträchtlich.
Die Erfinder haben daher festgestellt, daß eine elektrofotografische Vorrichtung haltbar gemacht und in die Lage versetzt werden kann, Bilder hoher Qualität zu erzeugen, indem die freie Oberflächenenergie des lichtempfindlichen Elementes gesteuert wird. Durch die Durchführung von intensiven Untersuchungen wurde eine derartige elektrofotografische Vorrichtung erfolgreich konzipiert.
Insbesondere umfasst Objekt 2, das Fremdmaterialien kennzeichnet, diverse Objekte von unterschiedlichen Typen, wie Toner, Papierreste, Feuchtigkeit und Silikonöl und viele andere Substanzen.
Erfindungsgemäß wird die freie Oberflächenenergie γ₁ des Objektes 1, das die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes einer elektrofotografischen Vorrichtung kennzeichnet, an der Fremdmaterialien haften, gesteuert.
Während, wie vorstehend erläutert, Objekt 2 von Zeit zu Zeit dem Bilderzeugungsprozeß zugeführt wird, ändert Objekt 1 oder die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes seinen Wert γ₁, wenn der Bilderzeugungsprozeß wiederholt wird. Somit ist es wünschenswert, die Variation Δγ₁ der freien Oberflächenenergie zu steuern, um die Haltbarkeit einer elektrofotografischen Vorrichtung zu verbessern.
[Steuerung]
Wie vorstehend beschrieben, sollte das Reinigungsvermögen des lichtempfindlichen Elementes, insbesondere die Reinigungsbelastung des lichtempfindlichen Elementes, gesteuert werden, um Bilder hoher Qualität auf einer beständigen Basis zu liefern.
Als Ergebnis von intensiven Untersuchungen stellten die Erfinder fest, daß ein ausgezeichnetes Reinigungsvermögen eines lichtempfindlichen Elementes mit einer geringen Belastung erhalten werden kann, indem die freie Oberflächenenergie γ des lichtempfindlichen Elementes so gesteuert wird, daß sie zwischen 35 und 65 mN/m, vorzugsweise zwischen 40 und 60 mN/m, liegt.
Des weiteren wurde festgestellt, daß Variationen der Belastung des lichtempfindlichen Elementes und der Reinigungseinheit unterdrückt und das Reinigungsvermögen des lichtempfindlichen Elementes über einen langen Zeitraum beständig gemacht werden können, wenn die Variation der freien Oberflächenenergie durch den Gebrauch des lichtempfindlichen Elementes auf weniger als 25 mN/m, vorzugsweise weniger als 15 mN/m, begrenzt wird.
Die 6 und 7 zeigen schematisch die Konstruktion einer Entwicklungseinheit und das Verhalten von Toner.
Die Entwicklungseinheit 1001 in den 6 und 7 enthält ein magnetisches Material 1003 und umfasst eine Entwicklungshülse 1002 zum Bewegen von Toner nahe an die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes, ein Abstreifblatt 1004 zum Steuern der auf dem Zylinder der Entwicklungseinheit 1001 angeordneten Tonermenge, eine Spannungsanlegeeinrichtung (nicht gezeigt) zum Anlegen einer Entwicklungsvorspannung an die Entwicklungshülse 1002 und einen Tonerpool 1005 zum Speichern von Toner.
[Toner, Entwicklung]
Eine Entwicklungsvorspannung (Wechselstrom und Gleichstrom) wird an die Entwicklungshülse 1002 in der Entwicklungseinheit 1001 gelegt, um einen Entwicklungsprozeß durchzuführen.
Es gibt zwei Arten von Toner: Einkomponententoner (magnetischer Toner) und Zweikomponententoner (Toner + Träger). In Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Toners verhält sich dieser zwischen der Entwicklungshülse 1002 und dem lichtempfindlichen Element unterschiedlich.
Im Falle des in 6 gezeigten Einkomponententoners bewegt sich der Toner mit einer hohen Geschwindigkeit zwischen der Entwicklungshülse 1002 und dem lichtempfindlichen Element hin und her, d.h. springt daher auf konstante Weise, in Abhängigkeit von der Korrelation zwischen der Entwicklungsvorspannung, insbesondere ihrer Wechselstromkomponente, und dem magnetischen Material 1003 in der Entwicklungseinheit 1001.
Dann wird der Toner auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes in Abhängigkeit von der Korrelation zwischen der Entwicklungsvorspannung, insbesondere ihrer Gleichstromkomponente, dem elektrischen Potential der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes und der magnetischen Kraft des magnetischen Materiales 1003 in der Entwicklungseinheit 1003 entwickelt.
Im Falle des Zweikomponententoners erstreckt sich der Toner, wie in 7 gezeigt, von der Entwicklungshülse 1002 in der Form von Ketten bis zur Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes und stellt mit der Oberfläche einen Kontakt ähnlich wie bei einer magnetischen Bürste her. Der Toner wird auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes in Abhängigkeit von der Korrelation zwischen der Entwicklungsvorspannung, insbesondere ihrer Gleichstromkomponente, dem elektrischen Potential der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes und der magnetischen Kraft des magnetischen Materiales 1003 in der Entwicklungseinheit 1001 entwickelt.
Es ist wünschenswert, die Entwicklungsbedingungen einschließlich der Entwicklungsvorspannung in geeigneter Weise zu regulieren und einen geeigneten Toner in Abhängigkeit vom Typ und der Dielektrizitätskonstanten des lichtempfindlichen Elementes, der Prozessgeschwindigkeit und von anderen Faktoren auszuwählen.
Generell enthält Toner ein der Oberfläche der Partikel des klassierten Produktes zugesetztes Additiv (hiernach als äußeres Additiv bezeichnet), und im Falle des Zweikomponententoners wird ein als Träger bezeichnetes Material des weiteren zugesetzt.
Das äußere Additiv wird normalerweise in der Form von feinen Partikeln mit einem Durchmesser zwischen einigen 10 Å und einigen 1000 Å, der geringer ist der Durchmesser der Partikel des klassierten Produktes und der Partikel des Trägers, zugeführt.
In einem Versuch wurden der Partikeldurchmesser und die Durchmesserverteilung des Toners mit Hilfe eines Partikelgrößenverteilungsmeßgerätes vom Laserbeugungstyp HEROS (Marke, erhältlich von der Firma JEOL) untersucht. Bei der tatsächlichen Messung wurde der Bereich zwischen 0,05 μm und 200 μm in 32 logarithmische Unterteilungen aufgeteilt, und ein 50 %-gemittelter Partikeldurchmesser wurde als gemittelter bzw. durchschnittlicher Partikeldurchmesser verwendet. Wenn nicht anders angegeben, betrifft der hier verwendete Tonerpartikeldurchmesser den Partikeldurchmesser des klassierten Produktes und des Trägers mit Ausnahme des äußeren Additives.
Alternativ dazu können für den durchschnittlichen Gesamtpartikeldurchmesser mehr als 100 Partikelproben willkürlich unter Verwendung eines optischen Mikroskops oder eines Rasterelektronenmikroskops ausgewählt werden, und die größte horizontale Sehnenlänge kann als durchschnittlicher Partikeldurchmesser verwendet werden.
Von der Bildqualität her sollte der durchschnittliche Partikeldurchmesser vorzugsweise so klein wie möglich sein. Er liegt vorzugsweise zwischen 1 und 50 μm im Hinblick auf das Reinigungsvermögen und die Einfachheit der Herstellung. Bevorzugter liegt der durchschnittliche Partikeldurchmesser zwischen 2 und 20 μm.
Erfindungsgemäß kann eine Vielzahl von klassierten Tonerprodukten und/oder eine Vielzahl von Trägern für den Gebrauch vermischt werden, wenn diese einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser besitzen, der im vorstehend definierten Bereich liegt.
Erfindungsgemäß sind die Tonerpartikel nicht unbedingt sphärisch und können Oberflächenwellungen aufweisen, solange sie einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser besitzen, der im vorstehend definierten Bereich liegt.
Vorzugsweise wird der Abstand zwischen der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes und der Hülse (hiernach als "SD-Spalt" bezeichnet) hinsichtlich der Sprungbewegung des Toners, der Kontaktpunkte der Ketten des Toners und der Verhinderung einer Streuung des Toners innerhalb der Entwicklungseinheit so klein wie möglich gehalten.
Wenn andererseits der SD-Spalt zu gering ist, können elektrische Entladungen zwischen dem lichtempfindlichen Element und der Entwicklungseinrichtung, wie dem Toner und der Entwicklungshülse, auftreten, so daß das latente Bild nachteilig beeinflusst wird und des weiteren die freie Bewegung des Toners behindert werden kann, was zu einer Beschädigung des lichtempfindlichen Elementes und der Entwicklungseinrichtung führt.
Daher wird der SD-Spalt erfindungsgemäß generell zwischen 50 und 1000 μm, vorzugsweise 100 und 600 μm, gehalten.
(Lichtempfindliches Element)
Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem lichtempfindlichen Element der elektrofotografischen Vorrichtung vorzugsweise um ein anorganisches lichtempfindliches Element, ein lichtempfindliches Element vom amorphen Siliciumtyp (hiernach als "lichtempfindliches a-Si-Element" bezeichnet), das insbesondere durch Verwendung von amorphem Silicium als Hauptmaterial hergestellt wird, oder ein organisches lichtempfindliches Element (OPC) aus einem organischen Halbleitermaterial.
Lichtempfindliche a-Si-Elemente werden in geeigneter Weise für Hochgeschwindigkeitskopiergeräte verwendet und arbeiten auf beständige Weise mit einer langen nutzbaren Lebensdauer, wenn sie sehr häufig verwendet werden.
Für eine Bilderzeugungsvorrichtung, die ein derartiges elektrofotografisches lichtempfindliches Element mit einer langen nutzbaren Lebensdauer aufweist, besitzt der Reinigungsschritt im elektrofotografischen Prozeß eine sehr signifikante Rolle zum Realisieren einer hohen Effizienz und einer verlängerten nutzbaren Lebensdauer für die Vorrichtung.
OPCs finden häufig und in geeigneter Weise in Kartuschen, wie LBPs, und Kopiergeräten mit niedriger bis mittlerer Geschwindigkeit Verwendung.
Ein OPC ist ein lichtempfindliches Element, das Bilder hoher Qualität liefern kann. Ein OPC besitzt keine Oberfläche, die so hart ist wie die eines lichtempfindlichen Elementes vom a-Si-Typ.
Daher kann die Filmdicke der lichtempfindlichen Schicht des OPC verringert werden, um die nutzbare Lebensdauer des lichtempfindlichen Elementes und somit die der das Element enthaltenen Kartusche begrenzt werden, wenn die Oberfläche von einem Reinigungsblatt abgescheuert wird.
Wie vorstehend erläutert, kann jedoch die nutzbare Lebensdauer des lichtempfindlichen Elementes verlängert werden, indem die Belastung einschließlich des linearen Drucks des Reinigungsblattes verringert wird, um auf diese Weise die Geschwindigkeit der Abnahme der Filmdicke des lichtempfindlichen Elementes zu reduzieren.
[Lichtempfindliches Element vom a-Si-Typ]
Ein erfindungsgemäß verwendetes lichtempfindliches Element vom a-Si-Typ kann von einem bekannten üblichen Typ sein, der ein elektrisch leitendes Substrat und eine lichtempfindliche Schicht einschließlich einer fotoleitenden Schicht aus einem Nichteinkristallmaterial, das Siliciumatome als Basiskomponente enthält, dem, falls erforderlich ist, Wasserstoff (H) oder Halogen (E) zugesetzt wird (hiernach als "a-Si: H, X" bezeichnet) aufweist. Das Verhalten eines derartigen lichtempfindlichen Elementes wird durch geeignete Mittel verbessert, wann immer erforderlich. Falls erforderlich, kann das lichtempfindliche Element eine Oberflächenschicht und zusätzlich zur fotoleitenden Schicht eine Ladungsinjektionsverhinderungsschicht (Barrierenschicht) umfassen.
Bei einem lichtempfindlichen Element vom a-Si-Typ, das für die Zwecke der Erfindung ein verbessertes Verhalten zeigt, enthält die fotoleitende Schicht vorzugsweise Wasserstoff mit 10 bis 30 Atom% und weist ein charakteristisches Energieniveau von 50 bis 60 meV am exponentiellen Urbach-Schwanz des Fotoabsorptionsspektrums sowie eine Dichte eines lokalisierten Zustandes von 1 × 10¹⁴ bis 1 × 10¹⁶ cm^–3 auf.
Ein für eine Bilderzeugungsvorrichtung verwendetes lichtempfindliches Element, das in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet ist, besitzt ausgezeichnete Eigenschaften in bezug auf das elektrische, optische und fotoleitende Verhalten, die Bildqualität, die Haltbarkeit und die Umgebungsanpassungsfähigkeit, einschließlich der Temperaturabhängigkeit des Tragvermögens seiner elektrostatischen Aufladung.
Das erfindungsgemäß verwendete fotoleitende Element wird nachfolgend in Verbindung mit den entsprechenden Zeichnungen in größeren Einzelheiten erläutert.
Die 8A bis 8F sind schematische Schnittansichten von lichtempfindlichen Elementen, die für eine erfindungsgemäß ausgebildete Bilderzeugungsvorrichtung verwendet werden können.
Das für eine Bilderzeugungsvorrichtung der 8A verwendete lichtempfindliche Element 700 umfaßt eine lichtempfindliche Schicht 702, die auf einem Substrat 701 angeordnet ist, das für das lichtempfindliche Element arbeitet. Die lichtempfindliche Schicht 702 umfaßt eine fotoleitende Schicht 703 aus a-Si:H, X.
Das für die in 8B dargestellte Bilderzeugungsvorrichtung verwendete lichtempfindliche Element 700 umfaßt ebenfalls eine lichtempfindliche Schicht 702, die auf einem Substrat 701 angeordnet ist, das für das lichtempfindliche Element arbeitet. Die lichtempfindliche Schicht 702 umfaßt eine fotoleitende Schicht aus a-Si:H, X und eine Oberflächenschicht 704 vom amorphen Siliciumtyp (oder amorphem Kohlenstofftyp).
Das für eine Bilderzeugungsvorrichtung der 8C verwendete lichtempfindliche Element 700 besitzt ebenfalls eine lichtempfindliche Schicht 702, die auf einem Substrat 701 angeordnet ist, das für das lichtempfindliche Element arbeitet. Die lichtempfindliche Schicht 702 umfaßt eine fotoleitende Schicht aus a-Si:H, X, eine Oberflächenschicht 704 vom amorphen Siliciumtyp (oder amorphen Kohlenstofftyp) und eine Ladungsinjektionsverhinderungsschicht 705 vom amorphen Siliciumtyp.
Beide lichtempfindliche Elemente 700, die für die Bilderzeugungsvorrichtungen der 8D und 8E verwendet werden, besitzen ebenfalls eine lichtempfindliche Schicht 702, die auf einem Substrat 701 angeordnet sind, das für das lichtempfindliche Element arbeitet. Die lichtempfindliche Schicht 702 umfaßt eine Ladungserzeugungsschicht 707 aus a-Si:H, X, eine Ladungstransportschicht 708, wobei die Ladungserzeugungsschicht 707 und die Ladungstransportschicht 708 eine fotoleitende Schicht 703 bilden, und eine Oberflächenschicht 704 vom amorphen Siliciumtyp (oder armophen Kohlenstofftyp). Das lichtempfindliche Element 700 für die in 8A gezeigte Bilderzeugungsvorrichtung umfasst zusätzlich eine Ladungsinjektionsverhinderungsschicht 705 vom amorphen Siliciumtyp, die zwischen der Ladungstransportschicht 708 und dem Substrat 701 angeordnet ist.
Das für die Bilderzeugungsvorrichtung der 8F verwendete lichtempfindliche Element 700 unterscheidet sich von seinem Gegenpart der 8E durch die Reihenfolge der Anordnung der Ladungserzeugungsschicht 707 und der Ladungstransportschicht 708, vom Substrat 701 aus gesehen. Somit sind im lichtempfindlichen Element der 8E die Ladungserzeugungsschicht 707 und die Ladungstransportschicht 708 nacheinander auf die Ladungsinjektionsverhinderungsschicht 705 vom amorphen Siliciumtyp in der vorstehend beschriebenen Reihenfolge gelegt.
[Trägerelement 701]
Bei dem Substrat kann es sich um ein elektrisch leitendes oder ein elektrisch isolierendes Substrat handeln. Wenn das Substrat elektrisch leitend ist, umfassen für deren Herstellung geeignete Materialien Metalle, wie Al, Cr, Mo, Au, In, Nb, Te, V, Ti, Pt, Pd und Fe, und Legierungen von diesen Metallen, wie rostfreier Stahl. Ein elektrisch isolierendes Substrat aus einem Film oder einer Lage aus einem Kunstharz, wie Polyester, Polyethylen, Polycarbonat, Celluloseacetat, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol oder Polyamid, oder Glas oder Keramik und mit einer Oberfläche, die mindestens auf der Seite zur Ausbildung einer lichtempfindlichen Schicht elektrisch leitend gemacht worden ist, kann ebenfalls Verwendung finden.
Das Substrat 701 kann eine zylindrische Form oder die Form eines Endlosbandes mit einer glatten oder gewellten Oberfläche besitzen. Seine Dicke kann so ausgewählt werden, daß ein lichtempfindliches Element 700 hergestellt wird, das in geeigneter Weise für eine Bilderzeugungsvorrichtung verwendet werden kann. Die Dicke ist normalerweise größer als 10 μm aus Zweckmäßigkeitsgründen der Herstellung und Handhabung und der mechanischen Festigkeit.
Insbesondere dann, wenn das lichtempfindliche Element zur Aufzeichnung von Bildern mit Hilfe von kohärentem Licht, wie einem Laserstrahl, verwendet wird, kann das Substrat 701 Wellungen auf der Oberfläche innerhalb ei ner Grenze aufweisen, die die Anzahl der fotoerzeugenden Träger nicht wesentlich reduziert, um auf wirksame Weise die Möglichkeit der Erzeugung von fehlerhaften Bildern infolge von Interferenzstreifen, die auf sichtbaren Bildern auftreten, zu vermeiden. Die offengelegten japanischen Patentanmeldungen 60-168156, 60-178457, 60-225854 und 61-231561 beschreiben bekannte Verfahren zur Herstellung von Wellungen auf einem Substrat 701, die für die Zwecke der Erfindung eingesetzt werden können.
Als alternative Technik zum wirksamen Vermeiden der Möglichkeit der Erzeugung von fehlerhaften Bildern infolge von Interferenzstreifen, die auftreten können, wenn kohärentes Licht, wie ein Laserstrahl, verwendet wird, kann eine Lichtabsorptionsschicht oder eine Antiinterferenzschicht oder ein entsprechender Bereich in oder unter der lichtempfindlichen Schicht 702 ausgebildet werden.
Die Feinheit/Grobheit der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes kann durch die Ausbildung von feinen Narben auf der Oberfläche des Substrates gesteuert werden. Solche Narben können mit Hilfe eines Poliermateriales oder durch chemisches Ätzen, Trockenätzen im Plasma oder Sputtern ausgebildet werden. Die Tiefe und Größe der Narben kann derart sein, daß hierdurch die Zahl der fotoerzeugenden Träger nicht wesentlich reduziert wird.
[Fotoleitende Schicht 703]
Erfindungsgemäß wird die fotoleitende Schicht 703 als Teil der lichtempfindlichen Schicht 702 auf dem Substrat 701 ausgebildet, erforderlichenfalls mit einer Unterschicht (nicht gezeigt), die dazwischen angeordnet ist, und zwar mit Hilfe einer Vakuumabscheidefilmformtechnik mit Parameterwerten, die zum Erhalt von gewünschten Eigenschaften in geeigneter Weise ausgebildet werden. Spezielle Dünnfilmabscheidetechniken, die für die Zwecke der Erfindung eingesetzt werden können, umfassen Glimmentladungstechniken (Wechselstromentladungs-CVD-Techniken, wie Niedrigfrequenz-CVD, Hochfrequenz-CVD und Mikrowellen-CVD, sowie Gleichstromentladungs-CVD-Techniken), Sputtern, Vakuumbedampfen, Ionenplattieren, fotounterstütztes CVD und thermisches CVD.
Aus den vorstehend aufgelisteten Dünnfilmabscheidetechniken kann eine geeignete Technik in Abhängigkeit von den Herstellbedingungen, den Kapitalinvestitionen, dem Herstellumfang, den Eigenschaften, die von den lichtempfindlichen Elementen in der Bilderzeugungsvorrichtung erwartet werden, und anderen Faktoren ausgewählt werden. Bevorzugt wird die Verwendung einer Glimmentladungstechnik, insbesondere Hochfrequenzglimmentladungstechnik unter Verwendung einer Versorgungsfrequenz im HF-Band, μW-Band oder VHF-Band, wegen der Einfachheit der Steuerung der Herstellbedingungen.
Zur Herstellung einer fotoleitenden Schicht 703 aus Nichteinkristall-Silicium mit Hilfe einer Glimmentla dungstechnik werden ein Quellengas, das in der Lage ist, Si in der Form von Siliciumatomen (Si) zur Verfügung zu stellen, ein Quellengas, das in der Lage ist, H in der Form von Wasserstoffatomen (H) zur Verfügung zu stellen, und/oder ein Quellengas, das in der Lage ist, X in der Form von Halogenatomen (X) zur Verfügung zu stellen, in ein Reaktionsgefäß eingeführt, dessen Innendruck mit einem gewünschten gasförmigen Zustand reduziert werden kann, um eine Glimmentladung im Reaktionsgefäß durchzuführen. Auf diese Weise wird eine Schicht aus a-Si:H, X auf dem Substrat 701 ausgebildet, das in einer vorgegebenen Position im Reaktionsgefäß angeordnet ist.
Die fotoleitende Schicht 703 muß Wasserstoffatome und/oder Halogenatome enthalten, um die nicht gebundenen Arme der Siliciumatome zu kompensieren und die Qualität der Schicht insbesondere in bezug auf die Fotoleitfähigkeit und das Ladungsträgerverhalten zu verbessern. Aus diesem Grunde beträgt der Anteil der Wasserstoffatome und Halogenatome oder die Summe der Menge der Wasserstoffatome und die der Halogenatome vorzugsweise 10 bis 30 Atom%, bevorzugter 15 bis 25 Atom%, relativ zur Summe der Siliciumatome und der der Wasserstoffatome und/oder Halogenatome.
Ferner wird bevorzugt, die fotoleitende Schicht zu formen, indem ein Gas einer Siliciumverbindung, die ebenfalls H₂ und/oder He der Wasserstoffatome enthält, in einem gewünschten Verhältnis den obigen Gasen zugesetzt wird, so daß auf diese Weise Wasserstoffatome strukturell in die gebildete fotoleitende Schicht 703 einge führt werden können, um das Steuervermögen des Anteils der eingeführten Wasserstoffatome zu verbessern und die gewünschten Filmeigenschaften für die Zwecke der Erfindung zu erzielen. Die oben aufgeführten Gase können entweder unabhängig voneinander oder als Gemisch, das ein gewünschtes Mischungsverhältnis aufweist, verwendet werden.
Das Quellengas zur Zuführung von Halogenatomen, das für die Zwecke der Erfindung verwendet werden kann, kann Halogengas, eine oder mehr als eine gasförmige Halogenverbindung oder eine oder mehr als eine gasförmige Interhalogenverbindung, die Halogen oder eine oder mehr als eine gasförmige oder vergasbare Halogenverbindung von Halogen-substituierten Silanderivaten enthält, sein. Ferner kann ein oder mehr als ein gasförmiges oder vergasbares hydriertes Silikat, das Siliciumatome und Halogenatome als Elemente enthält, ebenfalls verwendet werden. Spezielle Beispiele von Halogenverbindungen, die für die Zwecke der Erfindung eingesetzt werden können, sind Fluorgas (F₂) und Interhalogenverbindungen, wie BrF, ClF, ClF₃, BrF₃, BrF₅, IF₃ und IF₇.
Spezielle Beispiele von Silikaten, die Halogenatome und Halogen-substituierte Silanderivate enthalten, umfassen Siliciumfluorid, wie SiF₄ und Si₂F₆.
Erfindungsgemäß kann der Anteil der Wasserstoffatome und/oder Halogenatome in der fotoleitenden Schicht 703 gesteuert werden, indem die Temperatur des Substrates 701, die Rate, mit der das Quellenmaterial für die Wasserstoffatome und/oder Halogenatome in das Reaktionsgefäß eingeführt wird, und/oder die Rate der Zufuhr der Entladungsenergie gesteuert werden.
Falls erforderlich, wird die fotoleitende Schicht 703 so ausgebildet, daß sie Atome enthält, mit denen die Leitfähigkeit gesteuert werden kann. Atome zur Steuerung der Leitfähigkeit können in der fotoleitenden Schicht 703 gleichmäßig oder teilweise ungleichmäßig in Richtung der Filmdicke verteilt sein.
Atome, mit denen die Leitfähigkeit gesteuert werden kann, können solche von sogenannten Verunreinigungselementen sein, die auf dem Gebiet der Halbleiter verwendet werden, wie die der Gruppe IIIa des Periodensystems, die p-Leitfähigkeit besitzen (hiernach als "Atome der Gruppe IIIa" bezeichnet), und die der Gruppe Va des Periodensystems, die n-Leitfähigkeit aufweisen (hiernach als "Atome der Gruppe Va" bezeichnet). Spezielle Beispiele der Atome der Gruppe IIIa sind Atome von Bor (B), Aluminium (Al), Gallium (Ga), Indium (In) und Thallium (Tl), von denen B, Al und Ga, insbesondere B, am meisten geeignet sein können. Spezielle Beispiele der Atome der Gruppe Va sind Atome von Phosphor (P), Arsen (As), Antimon (Sb) und Wismut (Bi), von denen P und As am geeignetsten sein können.
Der Anteil der Atome in der fotoleitenden Schicht 703 zum Steuern der Leitfähigkeit liegt vorzugsweise zwischen 1 × 10^–2 und 1 × 10⁴ Atom-ppm, bevorzugter zwischen 5 × 10^–2 und 5 × 10³ Atom-ppm, am bevorzugtesten zwischen 1 × 10^–1 und 1 × 10³ Atom-ppm.
Atome der Gruppe IIIa oder Atome der Gruppe Va können strukturell eingeführt werden, um auf erfindungsgemäße Weise die Leitfähigkeit zu steuern, indem ein Quellenmaterial eingeführt wird, das Atome der Gruppe IIIa oder Atome der Gruppe Va in das Reaktionsgefäß mit einem gasförmigen Zustand zusammen mit anderen Gasen einführen kann, um die fotoleitende Schicht 703 im Schritt der Ausbildung der Schicht zu erzeugen. Vorzugsweise besitzt das Quellenmaterial, das Atome der Gruppe IIIa oder Atome der Gruppe Va einführen kann, die Form eines Gases bei Raumtemperatur und atmosphärischem Druck oder kann in einfacher Weise mindestens unter Schichtbildungsbedingungen vergast werden.
Spezielle Beispiele von derartigen Quellmaterialien, die zur Einführung von Atomen der Gruppe IIIa verwendet werden können, sind Borwasserstoffe, wie B₂H₆, B₄H₁₀, B₅H₉, B5H11, B₆H₁₀, B₆H₁₂ und B₆H₁₄, und halogeniertes Bor, wie BF₃, BCl₃ und BBr₃, sowie AlCl₃, GaCl₃, Ga(CH₃)₃, InCl₃ und TlCl₃.
Spezielle Beispiele von Quellenmaterialien, die zur Einführung von Atomen der Gruppe Va verwendet werden können, sind Phosphorwasserstoffe, wie PH₃ und P₂H₄, zum Einführen von Phosphoratomen und halogenierter Phosphor, wie PH₄I, PF₃, PF₅, PCl₅, PBr₅, BBr₅ und PI₃. Ferner können Verbindungen wie AsH₃, AsF₃, AsCl₃, AsBr₃, AsF₅, SbH₃, SbF₃, SbF₅, SbCl₃, SbCl₅, BiH₃, BiCl₃ und BrBr₃, als Aus gangsmaterialien zum Einführen von Atomen der Gruppe Va verwendet werden.
Jedes der vorstehend aufgeführten Quellenmaterialien zur Einführung von Atomen zur Steuerung der Leitfähigkeit kann zum Gebrauch mit H₂ und/oder He verdünnt werden.
Erfindungsgemäß ist es wirksam, wenn die fotoleitende Schicht 703 Kohlenstoffatome und/oder Sauerstoffatome und/oder Stickstoffatome enthält. Der Anteil der Kohlenstoffatome und/oder Sauerstoffatome und/oder Stickstoffatome relativ zur Summe der Siliciumatome, Kohlenstoffatome, Sauerstoffatome und Stickstoffatome liegt vorzugsweise zwischen 1 × 10^–5 bis 10 Atom, bevorzugter zwischen 1 × 10^–1 bis 8 Atom%, am bevorzugtesten zwischen 1 × 10^–3 bis 5 Atom%. Die Kohlenstoffatome und/oder Sauerstoffatome und/oder Stickstoffatome können in der fotoleitenden Schicht 703 gleichmäßig oder teilweise ungleichmäßig verteilt sein, wobei sie im Anteil in Richtung der Filmdicke variieren.
Erfindungsgemäß wird die Dicke der fotoleitenden Schicht 703 in geeigneter Weise festgelegt, indem der vorstehend wiedergegebene Effekt auf das elektrofotografische Verhalten und die elektrische Kapazität unter Betriebsbedingungen sowie die ökonomische Durchführbarkeit berücksichtigt werden. Sie beträgt vorzugsweise zwischen 20 und 50μm, bevorzugter zwischen 23 und 45 μm, am bevorzugtesten zwischen 25 und 40 μm. Die Temperatur des Substrates 701 bei der Ausbildung der fotoleitenden Schicht kann in geeigneter Weise in einem optimalen Bereich, der in der Konstruktionsphase bestimmt wird, ausgewählt werden. Sie liegt vorzugsweise zwischen 200 und 350°C, bevorzugter zwischen 230 und 330°C, am bevorzugtesten zwischen 250 und 310°C.
Die Temperatur des Substrates und der Gasdruck während der Ausbildung der fotoleitenden Schicht werden normalerweise nicht unabhängig voneinander festgelegt, sondern unter Berücksichtigung der wechselseitigen und organischen Beziehungen, so daß das hergestellte lichtempfindliche Element die beabsichtigten Eigenschaften aufweisen kann.
[Oberflächenschicht 704]
Erfindungsgemäß wird eine Oberflächenschicht 704 vorzugsweise auf der fotoleitenden Schicht 703, die in der vorstehend beschriebenen Weise auf dem Substrat 701 erzeugt wurde, ausgebildet. Diese Oberflächenschicht 704 besitzt eine freie Oberfläche und dient dazu, dem hergestellten lichtempfindlichen Element geeignete Eigenschaften zu verleihen, insbesondere in bezug auf den Feuchtigkeitswiderstand, der Eignung für einen kontinuierlichen wiederholten Gebrauch, die Stehspannung, die Eignung für rauhe Betriebsbedingungen und die Haltbarkeit. Sie besteht vorzugsweise aus sehr hartem Material, wie einem Material vom amorphen Siliciumtyp, das geeignete elektrische und optische Eigenschaften besitzt.
Obwohl die Oberflächenschicht 704 aus irgendeinem Material vom amorphen Siliciumtyp hergestellt werden kann, wird das Material vorzugsweise von amorphen Siliciummaterialien ausgewählt, die Wasserstoffatome (H) und/oder Halogenatome (X) und zusätzlich Kohlenstoffatome enthalten (hiernach als "a-SiC:H, X" bezeichnet), aus amorphen Siliciummaterialien, die Wasserstoffatome (H) und/oder Halogenatome (X) und zusätzlich Sauerstoffatome enthalten (hiernach als "a-SiO:H, X" bezeichnet), aus amorphen Siliciummaterialien, die Wasserstoffatome (H) und/oder Halogenatome (X) und zusätzlich Stickstoffatome enthalten (hiernach als "a-SiN:H, X" bezeichnet) und aus amorphen Siliciummaterialien, die Wasserstoffatome (H) und/oder Halogenatome (X) und zusätzlich Kohlenstoffatome, Sauerstoffatome und/oder Stickstoffatome enthalten (hiernach als "a-Si (C, O, N):H, X" bezeichnet).
Spezielle Dünnfilmabscheidetechniken, die zum Ausbilden der Oberflächenschicht 704 eingesetzt werden können, umfassen Glimmentladungstechniken (Wechselstromentladungs-CVD-Techniken, wie Niedrigfrequenz-CVD, Hochfrequenz-CVD und Mikrowellen-CVD, sowie Gleichstromentladungs-CVD-Techniken), Sputtern, Vakuumbedampfen, Ionenplattieren, fotounterstütztes CVD und thermisches CVD. Wenn irgendeine der vorstehend aufgeführten Dünnfilmabscheidetechniken in Abhängigkeit von den Herstellbedingungen, der Kapitalinvestition, dem Herstellumfang, den erwarteten Eigenschaften der lichtempfindlichen Elemente für die Bilderzeugungsvorrichtungen und anderen Faktoren ausgewählt werden kann, wird hinsichtlich der Produktivität der Herstellung der lichtempfindlichen Elemente vorzugsweise die gleiche Abscheidetechnik wie zur Ausbildung der fotoleitenden Schicht verwendet.
Zur Herstellung einer Oberflächenschicht 704 aus a-SiC:H, X mit Hilfe einer Glimmentladungstechnik werden ein Quellengas, das Si in der Form von Siliciumatomen (Si) zur Verfügung stellen kann, ein Quellengas, das C in der Form von Kohlenstoffatomen (C) zur Verfügung stellen kann, ein Quellengas, das H in der Form von Wasserstoffatomen (H) zur Verfügung stellen kann, und/oder ein Quellengas, das X in der Form von Halogenatomen (X) zur Verfügung stellen kann, in ein Reaktionsgefäß eingeführt, dessen Innendruck mit einem gewünschten gasförmigen Zustand reduziert werden kann, um eine Glimmentladung im Reaktionsgefäß zu bewirken. Auf diese Weise wird eine Schicht aus a-SiC:H, X auf dem die fotoleitende Schicht 703 tragenden Substrat 701 in einer vorgegebenen Position im Reaktionsgefäß ausgebildet. Obwohl die Halogenatome (X), die für die fotoleitende Schicht verwendet werden, auch für die Oberflächenschicht eingesetzt werden können, werden vorzugsweise Fluoratome ausgewählt.
Der Kohlenstoffgehalt der Oberflächenschicht liegt vorzugsweise zwischen 30 und 90 % in bezug auf die Summe aus dem Silicium- und Kohlenstoffgehalt, wenn die Schicht aus einem Material hergestellt wird, das a-SiC als Hauptbestandteil enthält.
Es wird eine sehr harte Oberflächenschicht hergestellt, und die elektrischen Eigenschaften sowie die Fähigkeit für eine kontinuierliche Arbeitsweise des hergestellten lichtempfindlichen Elementes mit hoher Geschwindigkeit werden beträchtlich verbessert, wenn der Wasserstoffan teil der Oberflächenschicht zwischen 30 und 70 Atom% begrenzt wird.
Der Wasserstoffanteil der Oberflächenschicht kann gesteuert werden, indem der Durchsatz des H₂-Gases, die Temperatur des Substrates, die Entladungsenergie und der Gasdruck gesteuert werden.
Für die Zwecke der Erfindung kann der Anteil der Wasserstoffatome und/oder Halogenatome, die in der Oberflächenschicht 704 enthalten sind, gesteuert werden, indem die Temperatur des Substrates 701, die Rate, mit der das Quellenmaterial für die Wasserstoffatome und/oder Halogenatome in das Reaktionsgefäß eingeführt wird, und/oder die Rate der Zufuhr der Entladungsenergie gesteuert werden.
Kohlenstoffatome und/oder Sauerstoffatome und/oder Stickstoffatome können gleichmäßig und teilweise ungleichmäßig in der Oberflächenschicht verteilt werden, wobei der Anteil in Richtung der Filmdicke variiert wird.
Falls erforderlich, kann erfindungsgemäß die Oberflächenschicht 704 Atome zum Steuern der Leitfähigkeit enthalten. Atome zum Steuern der Leitfähigkeit können gleichmäßig in der Oberflächenschicht 704 oder teilweise ungleichmäßig in Richtung der Filmdicke verteilt werden.
Atome, die zum Steuern der Leitfähigkeit verwendet werden können, können von sogenannten Verunreinigungsele menten stammen, die in der Halbleitertechnik Verwendung finden, wie Atome der Gruppe IIIa und Atome der Gruppe Va.
Alle vorstehend aufgeführten Quellenmaterialien zur Einführung von Atomen zum Steuern der Leitfähigkeit können für den Gebrauch mit einem Gas, wie H₂, He, Ar und/oder Ne, verdünnt werden.
Erfindungsgemäß liegt die Filmdicke der Oberflächenschicht 704 vorzugsweise zwischen 0,01 und 3 μm, bevorzugter zwischen 0,05 und 2 μm, am bevorzugtesten zwischen 0,1 und 1 μm. Wenn die Filmdicke geringer ist als 0,01 μm, kann die Oberflächenschicht schließlich abradiert und verloren gehen, wenn sich das lichtempfindliche Element im Gebrauch befindet. Wenn andererseits die Filmdicke größer als 3 μm ist, können die elektrofotografischen Eigenschaften des lichtempfindlichen Elementes durch ein erhöhtes Restpotential verschlechtert werden.
Alternativ dazu kann die Oberflächenschicht aus einem Film aus amorphem Kohlenstoff hergestellt werden, der Kohlenstoff als Hauptbestandteil enthält (hiernach als "a-C:H" bezeichnet), oder aus einem Film aus amorphem Kohlenstoff, der a-C:H als Hauptbestandteil enthält und Bindungen mit Fluor im Inneren und/oder auf der obersten Fläche aufweist (hiernach als "a-C:H:F" bezeichnet).
Eine a-C:H- oder a-C:H:F-Oberflächenschicht besitzt eine Härte, die der von a-SiC entspricht oder größer ist und hat eine hohe Wasserfestigkeit und eine geringe Reibung. Hiermit können auf wirksame Weise verschmierte Bilder in einer besonders feuchten Umgebung verhindert werden, wenn keine Umgebungsschutzheizeinrichtung vorgesehen ist. Hiermit kann auch das lichtempfindliche Element gegen Beschädigungen infolge von mechanischer Reibung durch die Tonerpartikel geschützt werden.
Eine Oberflächenschicht 704 aus a-C:H:F wird nachfolgend in größeren Einzelheiten beschrieben. Wasserstoffcarbid wird als Quellengas verwendet und wird unter Verwendung von Hochfrequenzenergie durch Glimmentladung zersetzt. Da die Oberflächenschutzschicht höchsttransparent sein sollte, um jedwede Verluste an Lichtempfindlichkeit zu verhindern, wird Wasserstoffgas, Heliumgas oder Argongas in geeigneter Weise mit dem Quellengas vermischt. Die Substrattemperatur wird in geeigneter Weise zwischen Raumtemperatur und 350°C reguliert.
Substanzen, mit denen auf erfindungsgemäße Weise Kohlenstoff eingeführt werden kann, umfassen gasförmige oder vergasbare Substanzen, die in wirksamer Weise Wasserstoffcarbid zur Verfügung stellen können, wie CH₄, C₂H₆, C₃H₈ und C₄H₁₀ sowie CH₄, C₂H₆, welch letztere eine einfache Handhabung während des Prozesses zur Ausbildung der Schicht und eine hohe Effizienz zur Zuführung von Kohlenstoff besitzen. Jedes der vorstehend aufgeführten Quellenmaterialien zur Zuführung von Kohlenstoff kann, falls erforderlich, mit einem Gas, wie H₂, He, Ar und/oder Ne, zum Gebrauch verdünnt werden.
Während die Hochfrequenzenergie des vorstehend beschriebenen Verfahrens vorzugsweise so groß wie möglich ist, um eine gründliche Zersetzung des Wasserstoffcarbides zu erreichen, können abnorme Entladungen auftreten, die das Verhalten des hergestellten elektrofotografischen lichtempfindlichen Elementes verschlechtern, wenn die Energie zu groß ist. Daher sollte das Energieniveau so ausgewählt werden, daß es nicht zu solchen abnormen Entladungen kommt. Speziell sollte das Energieniveau vorzugsweise mehr als 10 W/cc für das Wasserstoffcarbid enthaltende Quellengas betragen.
Der Druck des Raumes, in dem die elektrischen Entladungen durchgeführt werden, ist vorzugsweise geringer als 15 Pa, bevorzugter geringer als 6,5 Pa, am bevorzugtesten geringer als 1,5 Pa. Die untere Grenze des Drucks ist derart, daß elektrische Entladungen auf beständige Weise bei einem derartigen Druck erzeugt werden.
Um einen Bereich herzustellen, in dem Fluoratome an den Film gebunden sind, kann nach dem Ausbilden einer Oberflächenschutzschicht, die typischerweise aus a-C:H besteht, ein Fluor enthaltendes Gas eingeführt werden, um mit Hilfe von geeigneter Hochfrequenzenergie ein Plasma zu erzeugen und die Oberflächenschutzschicht zu ätzen. Mit diesem Prozeß werden Fluoratome in die Oberflächenschicht eingeführt. Das Energieniveau für diesen Prozeß kann irgendwo zwischen 10 W und 5000 W in Abhängigkeit von der Ätzrate liegen. In entsprechender Weise kann das Druckniveau in Abhängigkeit von der Ätzrate innerhalb eines Bereiches zwischen 0,1 Pa und einigen Pa ausgewählt werden.
Gase vom Fluortyp, die für die Zwecke der Erfindung verwendet werden können, umfassen CF₄, CHF₃, C₂F₆, ClF₃, CHClF₂, F₂, C₃F₈, C₄F₁₀ und andere Fluor enthaltende Gase.
Die Tiefe, über die der Film geätzt wird, beträgt erfindungsgemäß mindestens 20 Å. Die Reproduzierbarkeit und Gleichmäßigkeit werden in vorteilhafter Weise verbessert, wenn der Film um mehr als 100 Å geätzt wird. Für die Zwecke der Erfindung kann die Ätztiefe mehr als 20 Å, vorzugsweise mehr als 100 Å, betragen. Für die Steuerbarkeit des Prozesses und die industrielle Produktivität ist erfindungsgemäß eine Ätztiefe zwischen 1000 Å und 5000 Å besonders vorteilhaft.
Wenn eine a-C:H-Oberflächenschicht 704 ausgebildet wird, sollte der vorstehend beschriebene Prozeß ohne die Verwendung von Fluor und eines Quellengases zur Zufuhr von Fluor durchgeführt werden.
Zur Herstellung einer Oberflächenschicht 704, die sich für die Zwecke der Erfindung auf zufriedenstellende Weise verhält, müssen die Temperatur des Substrates 701 und der Gasdruck innerhalb des Reaktionsgefäßes in geeigneter Weise ausgewählt werden.
Die Temperatur des Substrates und der Gasdruck während des Vorganges zur Ausbildung der Oberflächenschicht werden normalerweise nicht unabhängig festgelegt, sondern unter Berücksichtigung der wechselseitigen organischen Beziehungen, so daß die hergestellte Oberflächenschicht die gewünschten Eigenschaften besitzt.
Erfindungsgemäß kann das Ladungstragvermögen des lichtempfindlichen Elementes verbessert werden, indem eine Blockierschicht (untere Oberflächenschicht), die Kohlenstoffatome, Sauerstoffatome und Stickstoffatome in einem geringeren Ausmaß als die Oberflächenschicht enthält, zwischen der fotoleitenden Schicht und der Oberflächenschicht angeordnet wird.
Ferner können Bereiche zwischen der Oberflächenschicht 704 und der fotoleitenden Schicht 703 angeordnet werden, bei denen der Anteil der Kohlenstoffatome und/oder Sauerstoffatome und/oder Stickstoffatome in Richtung auf die fotoleitende Schicht 703 abnimmt. Mit einer derartigen Anordnung kann die Adhäsion der Oberflächenschicht und der fotoleitenden Schicht verbessert werden, um den Einfluß der Interferenz von durch die Grenzfläche der beiden Schichten reflektiertem Licht zu verringern.
[Ladungsinjektionsverhinderungsschicht 705]
Das Verhalten eines lichtempfindlichen Elementes für eine Bilderzeugungsvorrichtung der Erfindung kann auf wirksame Weise verbessert werden, indem eine Ladungsinjektionsverhinderungsschicht 705 angeordnet wird, mit der die von der Seite des elektrisch leitenden Substrates 701 zwischen dem elektrisch leitenden Substrat 701 und der fotoleitenden Schicht 703 injizierte elektrische Ladung blockiert werden kann. Eine solche Ladungsinjektionsverhinderungsschicht 705 blockiert auf wirksame Weise die von der Seite des Substrates 701 zur Seite der fotoleitenden Schicht 703 injizierte elektrische Ladung, wenn die freie Oberfläche der lichtempfindlichen Schicht 702 einem elektrostatischen Aufladeprozeß mit einer vorgegebenen Polarität unterzogen wird, blockiert jedoch eine derartige Ladung nicht, wenn die lichtempfindliche Schicht 702 einem elektrostatischen Aufladeprozeß mit der entgegengesetzten Polarität unterzogen wird. Mit anderen Worten, die Ladungsinjektionsverhinderungsschicht 705 ist polaritätsabhängig. Um eine derartige Ladungsinjektionsverhinderungsschicht 705 mit Polaritätsabhängigkeit vorzusehen, wird bewirkt, daß diese leitfähigkeitssteuernde Atome in einem größeren Ausmaß als die fotoleitende Schicht 703 enthält.
Atome zum Steuern der Leitfähigkeit in der Ladungsinjektionsverhinderungsschicht 705 können gleichmäßig in der Oberflächenschicht 704 oder teilweise ungleichmäßig in Richtung der Filmdicke verteilt sein. Wenn die Schicht ein ungleichmäßiges Verteilungsmuster besitzt, sind die Atome vorzugsweise dichter in Bereichen verteilt, die näher am Substrat liegen. In jedem Fall ist es erforderlich, ein gleichmäßiges Verteilungsmuster in jeder beliebigen Ebene parallel zur Oberfläche des Substrates vorzusehen, um gleichmäßige intraplanare Eigenschaften zu erzielen.
Atome, die zum Steuern der Leitfähigkeit in der Ladungsinjektionsverhinderungsschicht 705 verwendet werden, können, können auf sogenannten Verunreinigungselementen basieren, die in der Halbleitertechnik eingesetzt werden, wie beispielsweise Atome der Gruppe IIIa und Atome der Gruppe Va.
Erfindungsgemäß beträgt die Filmdicke der Ladungsinjektionsverhinderungsschicht 705 vorzugsweise zwischen 0,1 und 5 μm, bevorzugter zwischen 0,3 und 4 μm, am bevorzugtesten zwischen 0,5 und 3 μm, was die Wirtschaftlichkeit anbetrifft.
Erfindungsgemäß können das Mischungsverhältnis von Verdünnungsgasen, der Gasdruck, die Entladungsenergie und die Temperatur des Substrates, die zur Ausbildung der Ladungsinjektionsverhinderungsschicht 705 verwendet werden, in geeigneter Weise aus den entsprechenden, vorstehend wiedergegebenen Bereichen ausgewählt werden. Diese Faktoren zur Ausbildung der Schicht werden normalerweise nicht unabhängig festgelegt, sondern unter Berücksichtigung der wechselseitigen organischen Beziehungen, so daß die erzeugte Oberflächenschicht die gewünschten Eigenschaften aufweisen kann.
Ferner kann in einem lichtempfindlichen Element für eine Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der Erfindung eine Adhäsionsschicht aus einem amorphen Material, das Si₃N₄, SiO₂, SiO oder Silicium als Basiskomponente und zusätzlich Wasserstoffatome und/oder Halogenatome und Kohlenstoffatome und/oder Sauerstoffatome und/oder Stickstoffatome enthält, zwischen dem Substrat 701 und der fotoleitenden Schicht 703 oder der Ladungsinjektionsverhin derungsschicht 705 ausgebildet werden, um die Adhäsion der Schichten zu verbessern. Ferner kann auch eine Lichtabsorptionsschicht vorgesehen werden, um das Auftreten von Interferenzstreifen infolge von vom Substrat reflektiertem Licht zu vermeiden.
Die obigen Schichten werden mit Hilfe einer bekannten Vorrichtung, die in 9 gezeigt ist, und eines bekannten Filmformverfahrens ausgebildet.
9 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung, die zur Herstellung eines lichtempfindlichen Elementes für eine Bilderzeugungsvorrichtung durch Hochfrequenzplasma-CVD unter Verwendung eines HF-Bandes für die Energieversorgungsfrequenz (hiernach als "HF-PCVD" bezeichnet) verwendet werden kann.
Grob gesagt umfasst die Vorrichtung eine Abscheideeinheit (3100), eine Quellengaszuführeinheit (3200) und ein Auslaßsystem (nicht gezeigt) zum Reduzieren des Drucks innerhalb des Reaktionsgefäßes (3111). Das Reaktionsgefäß (3111), das innerhalb der Abscheideeinheit (3100) angeordnet ist, ist mit einem zylindrischen Substrat (3112), einer Substratheizeinrichtung (3113) und einem Quellengaseinlassrohr (3114) versehen, die im Reaktionsgefäß angeordnet sind, und ist an eine Hochfrequenzanpassungsbox (3115) angeschlossen.
Die Quellengaszuführeinheit (3200) umfasst Quellengaszylinder (3221 bis 3226), die entsprechende Quellengase, wie SiH₄, GeH₄, H₂, CH₄, B₂H₆ und PH₃, enthalten, Ventile (3231 bis 3236, 3241 bis 3246, 3251 bis 3256) und Massenstromsteuereinheiten (3211 bis 3216), wobei die Zylinder der entsprechenden Quellengase mit Hilfe eines Ventils (3160) und eines Rohrsystems (3116) an das Gaseinlassrohr (3114) innerhalb des Reaktionsgefäßes (3111) angeschlossen sind.
Eine Vorrichtung, die zur Herstellung eines lichtempfindlichen Elementes für eine Bilderzeugungsvorrichtung mit Hilfe von Hochfrequenzplasma-CVD unter Verwendung eines VHF-Bandes für die Energieversorgungsfrequenz (hiernach als "VHF-PCVD" bezeichnet) verwendet werden kann, kann durch Austausch der Abscheideeinheit (3100) der Vorrichtung der 9, die für HF-PCVD geeignet ist, durch eine Abscheideeinheit (4100) gemäß 10 und durch Anschließen derselben an die Gaszuführeinheit (3200) erhalten werden.
Grob gesagt umfasst die erhaltene Vorrichtung ein Reaktionsgefäß (4111), eine Quellengaszuführeinheit (3200) und ein Auslasssystem (nicht gezeigt) zur Reduzierung des Drucks innerhalb des Reaktionsgefäßes (3111). Das Reaktionsgefäß (4111) ist in seinem Inneren mit einem zylindrischen Substrat (4112), einer Substratheizeinrichtung (4113) und einer Elektrode (4114) versehen, die auch als Quellengaseinlassrohr wirkt und an eine Hochfrequenzanpassungsbox (4115) angeschlossen ist. Das Reaktionsgefäß (4111) ist mit Hilfe eines Auslassventils (4121) an eine Diffusionspumpe (nicht gezeigt) angeschlossen.
Die Quellengaszuführeinheit (3200) besitzt Quellengaszylinder (3221 bis 3226), die entsprechende Quellengase, wie SiH₄, GeH₄, H₂, CH₄, B₂H₆ und PH₃, enthalten, Ventile (3231 bis 3236, 3241 bis 3246, 3251 bis 3256) und Massenstromsteuereinheiten (3211 bis 3216), wobei die Zylinder der entsprechenden Quellengase mit Hilfe eines Ventils (3160) an das Gaseinlassrohr (4115) innerhalb des Reaktionsgefäßes (4111) angeschlossen sind. Der das zylindrische Substrat (4112) umgebende Raum (4130) bildet einen Entladungsraum.
[Organisches lichtempfindliches Element (OPC)]
Es wird nunmehr ein lichtempfindliches OPC-Element erläutert, bei dem es sich um eines der bevorzugten Beispiele eines lichtempfindlichen Elementes gemäß der Erfindung handelt. 11 ist eine schematische Schnittansicht eines lichtempfindlichen OPC-Elementes, das für eine erfindungsgemäße Bilderzeugungsvorrichtung verwendet wird, wobei der Schichtaufbau desselben dargestellt ist.
Das lichtempfindliche OPC-Element 700 der 11 umfaßt eine lichtempfindliche Schicht 702, die auf einem Substrat 701 für das lichtempfindliche Element angeordnet ist. Die lichtempfindliche Schicht 702 besitzt eine Ladungserzeugungsschicht 707 und eine Ladungstransportschicht 708. Falls erforderlich, umfaßt sie auch eine Schutzschicht oder Oberflächenschicht 704 und eine Zwischenschicht 715 zwischen geeigneten Schichten, wie der Trägerschicht 701 und der Ladungserzeugungsschicht 707. Was das lichtempfindliche OPC-Element der Erfindung, wie die Oberflächenschicht, die fotoleitende Schicht und die Zwischenschicht 715, die vorgesehen ist, falls erforderlich, betrifft, so kann die Oberflächenschicht in bekannter Weise ausgebildet sein, obwohl sie auch mit einem Fluor enthaltenden Material, wie Polytetrafluorethylen (hiernach als PTFE bezeichnet) vermischt oder beschichtet sein kann, um die Haltbarkeit zu verbessern.
Während ein lichtempfindliches Element, das eine Oberfläche besitzt, die keine Fluoratome enthält und/oder hiermit beschichtet ist, frei von Problemen hinsichtlich des Wasserabstoßvermögens und des Reinigungsvermögens sein kann, ist eine Oberflächenschicht, die Fluoratome enthält und/oder hiermit beschichtet ist, doch gegenüber einer Oberfläche ohne Fluoratome von Vorteil, da sie ein besseres Wasserabstoßvermögen besitzt, glatt und haltbar ist.
[Harzbeispiel]
Ein Beispiel eines Harzes, das zur Ausbildung der Oberflächenschicht, der fotoleitenden Schicht, der Ladungstransportschicht und der Ladungserzeugungsschicht eines elektrofotografischen lichtempfindlichen Elementes für die Zwecke der Erfindung verwendet werden kann, wird nachfolgend beschrieben.
Polyester ist ein Kopplungspolymer aus einer Säurekomponente und einer Alkoholkomponente, das durch Kondensie ren einer Dicarbonsäure und von Glycol oder der Hydroxylgruppe von Hydroxybenzoesäure und einer Verbindung mit einer Carboxylgruppe erhalten werden kann.
Säuren, die als Säurekomponente verwendet werden können, umfassen aromatische Dicarbonsäuren, wie Terephthalsäure, Isophthalsäure und Naphthalindicarbonsäure, aliphatische Dicarbonsäuren, wie Dicarbonsäure, Succininsäure, Adipinsäure und Sebacinsäure, alicyclische Dicarbonsäuren, wie Hexahydroterephthalsäure, und Oxycarbonsäuren, wie Hydroxyethoxybenzoesäure.
Glycole, die als Glycolkomponente verwendet werden können, umfassen Ethylenglycol, Trimethylenglycol, Tetramethylenglycol, Hexamethylenglycol, Cyclohexadimethylol, Polyethylenglycol und Polypropylenglycol.
Innerhalb des Ausmaßes, bis zu dem das Polyesterharz im wesentlichen linear ist, kann eine multifunktionelle Verbindung, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Pentaerythritol, Trimethylolpropan, Pyromellitsäure und ihre Ester bildenden Derivate umfasst, copolymerisiert werden.
Für die vorliegende Erfindung wird ein Polyesterharz mit hohem Schmelzpunkt verwendet.
Polyesterharze mit hohem Schmelzpunkt, die erfindungsgemäß verwendet werden können, besitzen eine innere Viskosität, die vorzugsweise größer ist als 0,4 dl/g, bevor zugter größer ist als 0,5 dl/g, am bevorzugtesten größer ist als 0,65 dl/g, gemessen in Orthochlorphenol bei 36°C.
Polyesterharze mit hohem Schmelzpunkt, die in vorteilhafter Weise für die vorliegende Erfindung verwendet werden können, sind Harze vom Polyalkylenterephthalattyp. Solche Harze umfassen prinzipiell Terephthalsäure als Säurekomponente und Alkylenglycol als Glycolkomponente.
Spezielle Beispiele eines derartigen Harzes sind Polyethylenterephthalat (PET), das hauptsächlich Terepthalsäure und Ethylenglycol als Komponenten enthält, Polybutylenterephthalat (PBC), das hauptsächlich Terephthalsäure und 1,4-Tetramethylenglycol (1,4-Butylenglycol) enthält, und Polycyclohexyldimethylenterephthalat (PCT), das hauptsächlich Terephthalsäure und Cyclohexandimethylol enthält.
Ein anderes Beispiel eines hochmolekularen Polyesterharzes, das in vorteilhafter Weise für die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, ist ein Harz vom Polyalkylennaphthalattyp. Ein Harz vom Polyalkylennaphthalattyp umfasst Naphthalindicarbonsäure als Säurekomponente und Alkylenglycol als Glycolkomponente. Spezielle Beispiele umfassen Polyethylennaphthalat (PEN), das hauptsächlich Naphthalindicarbonsäure und Ethylenglycol enthält.
Ein Polyesterharz mit hohem Schmelzpunkt, das für die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, besitzt einen Schmelzpunkt, der vorzugsweise über 160°C, bevorzugter über 200°C, liegt.
Erfindungsgemäß kann auch Acrylharz anstelle von Polyesterharz verwendet werden. Des weiteren kann difunktionelles Acryl, hexafunktionelles Acryl oder Phosphazen als Bindemittel verwendet werden.
Derartige Harze besitzen eine relativ hohe Kristallinität, und höchstwahrscheinlich sind aushärtende Harzpolymerketten und Polymerketten mit hohem Schmelzpunkt so wechselseitig im Harz verwickelt, das eine gleichmäßige, dichte und haltbare Oberflächenschicht gebildet wird. Da Polyesterharz mit niedrigem Schmelzpunkt eine relativ geringe Kristallinität besitzt, hört wahrscheinlich hierbei die Verwicklung der aushärtenden Harzpolymerketten nur höchst ungleichmäßig auf, so daß die Oberfläche schlecht haltbar wird.
Erfindungsgemäß wird ein Harz verwendet, das ein ausgewähltes Ausmaß an Dispersion und Steuerung des Ladungstragvermögens sowie der Lichtempfindlichkeit in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen besitzt.
Die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes kann mit PTFE beschichtet sein oder nicht.
[Toner/anorganisches Feinpulver]
Der erfindungsgemäß verwendete Toner besitzt eine Polarität und andere Eigenschaften, die für das Oberflächenpotential des lichtempfindlichen Elementes und die Polarität und das elektrische Feld, die im Entwicklungsprozeß Anwendung finden, geeignet sind.
Erfindungsgemäß kann jeder bekannte Toner verwendet werden.
Toner wird typischerweise unter Verwendung eines Harzes und Säureanhydrates in der nachfolgend beschriebenen Weise hergestellt.
200 phr Toluol werden in ein Reaktionsgefäß gegeben und auf Refluxtemperatur erhitzt. Dann wird ein Gemisch aus 77 phr Styrolmonomer, 13 phr n-Butylacrylat, 10 phr Monobutylmaleat und 6 phr di-tert-Butylperoxid dem refluxierten Toluol über 4 h tropfenweise zugesetzt.
Die Polymerisation wird im refluxierten Toluol (120 bis 130°C) beendet, und das Toluol wird entfernt, um ein Copolymer vom Styroltyp zu erhalten.
Dann werden 30 phr des Copolymers vom Styroltyp in dem folgenden Monomergemisch gelöst, um ein Gemisch hiervon herzustellen.
42 phr Styrolmonomer, 12 phr n-Butylacrylat, 12 phr n-Butylmethacrylat, 4 phr Monobutylmaleat, 0,4 phr Divi nylbenzol und 1,6 phr Benzoylperoxid werden vermischt, und 170 phr Wasser, das 0,1 Gewichtsanteile von teilweise verseiftem Polyvinylalkohol enthält, werden dem Gemisch zugegeben, um eine dispergierte Suspension zu erhalten.
Diese dispergierte Suspension wird in das stickstoffausgetauschte Reaktionsgefäß, das 15 phr Wasser enthält, eingegeben, um eine suspensionspolymerisierende Reaktion zu erhalten, die bei einer Reaktionstemperatur zwischen 70 und 95°C über 6 h stattfindet. Nach der Reaktion und einem nachfolgenden Filtrations/Dehydrations-Trocknungsvorgang wird eine Harzzusammensetzung erhalten.
Was die Molekulargewichtsverteilung der erhaltenen Harzzusammensetzung anbetrifft, so liegt der Hauptpeak des Molekulargewichtes bei 7.500. Eine Schulter ist bei einem Molekulargewicht von 35.000 vorhanden. Tg beträgt 60°C, und der JIS-Säurewert beträgt 22,0.
Unter Verwendung dieses Harzes, einer magnetischen Substanz, wie Ferrit, eines geeigneten Öles, einer feinpulverigen anorganischen Substanz, wie feinpulverigem Silica, das hydrophob gemacht wurde, und eines geeigneten äußeren Additives wird Toner hergestellt.
Der Partikeldurchmesser und die Zusammensetzung des Toners werden dann unter Berücksichtigung der Betriebsbedingungen der Bilderzeugungsvorrichtung, mit der der Toner verwendet wird, reguliert.
Beispielsweise kann über eine bekannte Technik bewirkt werden, daß das zu verwendende Entwicklungsmittel (Toner) Wachs enthält.
Des weiteren können das Wachs vom Kohlenwasserstofftyp und der Partikeldurchmesser des feinen partikelförmigen Harzes mit Hilfe einer Technik reguliert werden, wie sie in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 09-068822 beschrieben ist, und können ferner Partikel des Harzes ebenfalls mit Hilfe einer in dieser Veröffentlichung beschriebenen Technik oberflächenbehandelt werden.
Darüber hinaus können auch geeignete Transfereinrichtungen und/oder Trenneinrichtungen zum wirksamen Übertragen des entwickelten Toners auf ein Transfermedium sowie ein Vorabverfahren zur Verbesserung der Transfereffizienz, wie ein Prozeß zum Anlegen eines elektrischen Feldes an den Toner vor der Übertragung, in erfindungsgemäßer Weise Anwendung finden.
Es wurde festgestellt, daß die Heizeinrichtung des lichtempfindlichen Elementes einer Bilderzeugungsvorrichtung durch eine Heizeinrichtung mit reduzierter Leistung ersetzt oder eine solche Heizeinrichtung völlig eliminiert und irgendeine mögliche Verschmelzung des Toners verhindert werden kann, wenn ein lichtempfindliches Element, insbesondere ein lichtempfindliches Element vom a-Si-Typ, mit verbesserten Temperatureigenschaften und verbesserten Oberflächenbedingungen verwendet wird.
Somit können das Reinigungsvermögen des lichtempfindlichen Elementes und die Haltbarkeit der Reinigungseinheit und der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes verbessert werden, indem irgendwelche der vorstehend beschriebenen Mittel bzw. Einrichtungen sowie Effekte zur Lösung der Probleme der vorhandenen lichtempfindlichen Elemente unabhängig voneinander oder in Kombination Anwendung finden. Auf diese Weise kann die Reinigungseinheit und somit die Bilderzeugungsvorrichtung in ihrer Größe verringert werden.
Die Spaltbreite des lichtempfindlichen Elementes und der Reinigungsrolle oder der Reinigungsbürste sollte auf einem vorgegebenen Niveau gehalten werden, um das Reinigungsvermögen auf einem konstanten Niveau zu halten und Probleme, wie einen übermäßig großen örtlichen Anschlag des lichtempfindlichen Elementes und der Reinigungsrolle oder Bürste und eines abradierten lichtempfindlichen Elementes, zu verhindern.
Der Mechanismus zum Halten des lichtempfindlichen Elementes und der Reinigungsrolle oder der Reinigungsbürste in Anschlag kann Rollen umfassen. Alternativ dazu kann die Reinigungsrolle in einfacher Weise unter Druck mit einem vorgegebenen Niveau gegen das lichtempfindliche Element gepresst werden. Die Dicke der Tonerbeschichtung kann durch Verwendung einer Reinigungsrolle aus magnetischem Material reguliert werden.
Die Entwicklungsvorspannung und die Lichtintensität für die Belichtung werden vorzugsweise in Abhängigkeit vom lichtempfindlichen Element und dem Toner reguliert.
[Versuche und Beispiele]
Es wird nunmehr die vorliegende Erfindung mit Hilfe von Versuchen und Beispielen weiter beschrieben, ohne diese einzuschränken.
Versuch 1
Bei diesem Versuch wurde eine Filmerzeugungsvorrichtung, die für eine HF-PCVD-Technik geeignet war und in 9 gezeigt ist, verwendet, um ein lichtempfindliches Element für eine Bilderzeugungsvorrichtung herzustellen. Als erstes wurden ein Aluminiumzylinder mit einem Durchmesser von 80, der spiegelpoliert worden war, und ein anderer Aluminiumzylinder auch mit einem Durchmesser von 80, dessen Oberfläche jedoch zur Erzeugung von Wellungen über die vorstehend beschriebene bekannte Technik bearbeitet worden war, verwendet. Dann wurden eine Ladungsinjektionsverhinderungsschicht, eine fotoleitende Schicht und eine Oberflächenschicht auf jedem der Zylinder unter den in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführten Bedingungen ausgebildet.
Die hergestellten Proben des lichtempfindlichen Elementes wurden an einer entsprechenden Bilderzeugungsvorrichtung (NP6750:Marke, erhältlich von der Firma Canon Inc.; modifiziert für den Test) montiert und in bezug auf die Temperaturabhängigkeit des Ladungsträgervermögens (Temperatureigenschaften), das optische Speichervermögen und fehlerhafte Bilder untersucht.
Für jede Probe wurde das Oberflächenpotential des lichtempfindlichen Elementes durch Anordnung des in der NP6750 vorhandenen Trommeloberflächenpotentialsensors an der Entwicklungseinheit der Bilderzeugungsvorrichtung beim Test der Auswertung der elektrischen Eigenschaften einer jeden Probe beobachtet, ohne tatsächlich ein Bild zu erzeugen, und der Sensor wurde an einer Stelle zwischen der Aufladeeinheit und der Entwicklungseinheit in Drehrichtung des lichtempfindlichen Elementes angeordnet, die praktisch durch elektrische Entladungen nicht beeinflusst wird und den Belichtungsprozeß bei der Erzeugung eines Bildes nicht beeinflusst. Der Abstand zwischen dem Sensor und der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes wurde mit dem SD-Spalt gleichgesetzt.
Nach Anordnen des Potentialsensors wurden die charakteristischen Werte in der Mitte der Achse des lichtempfindlichen Elementes beobachtet. Das durchschnittliche Umfangspotential wurde als Referenzoberflächenpotential Vd des lichtempfindlichen Elementes verwendet.
Nach dem Belichten der Probe mit konditionierendem Licht von der Konditionierungslichtquelle 109 wurde eine vorgegebene Spannung mit Hilfe der Aufladeeinheit angelegt, und der Aufladestrom, die Aufladespannung und das Oberflächenpotential des lichtempfindlichen Elementes wurden beobachtet, während man das lichtempfindliche Element ohne Zufuhr von Transferpapier leer laufen ließ. Die elektrischen Eigenschaften des lichtempfindlichen Elementes wurden vor und nach einem langen Test zur Beobachtung der Haltbarkeit gemessen.
[Potentialungleichmäßigkeit]
In diesem Versuch wurde die Potentialungleichmäßigkeit in Umfangsrichtung des lichtempfindlichen Elementes mit ΔV_d_rot ausgedrückt. Das Potential Vd wurde an fünf Stellen einschließlich der axial mittleren Position, den gegenüberliegenden Enden des Kopierpapieres und zwei Zwischenpositionen zwischen diesen beobachtet. Die größte Differenz zwischen den beobachteten Werten wurde als Potentialungleichmäßigkeit in Richtung der Erzeugungslinie verwendet und mit ΔV_d_ax ausgedrückt.
Von den Proben des lichtempfindlichen Elementes wurden diejenigen für die folgenden Auswertungen verwendet, deren Werte ΔV_d_rot und ΔV_d_ax beide geringer waren als 20 V.
[Temperatureigenschaften]
Die Temperaturabhängigkeit des Ladungsträgervermögens (hiernach als "Temperatureigenschaften" bezeichnet) wurde durch Messen des Oberflächenpotentials des lichtempfindlichen Elementes (Dunkelpotential: Vd) ausgewertet, als kein Bildbelichtungssignal auf die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes abgegeben wurde, während die Oberflächentemperatur des lichtempfindlichen Elementes von Raumtemperatur auf 45°C verändert wurde, um die Änderung von Vd pro 1°C festzustellen. Proben mit einem Änderungsgrad von 2 V/° oder weniger wurden als gut eingestuft.
[Abbildungsbedingungen]
Diverse Eigenschaften wurden durch einen Abbildungstest unter Verwendung des für das Canon-Gerät NP 6750 spezifizierten Toners ausgewertet.
Der Abbildungseffekt wurde ausgewertet, indem ein kontinuierlicher Abbildungstest unter den folgenden Bedingungen durchgeführt wurde:
Umgebung 35 ± 2°C, 85 ± 10 % RH
(hiernach als Umgebung H/H bezeichnet)
Umgebung 25 ± 2°C, 45 ± 5 % RH
(hiernach als Umgebung N/N bezeichnet)
Umgebung 25 ± 2°C, 10 ± 5 % RH
(hiernach als Umgebung N/L bezeichnet)
Umgebung 15 ± 2°C, 10 ± 5 % RH
(hiernach als Umgebung L/L bezeichnet)
[Optisches Speichervermögen]
Ein Halbton-Chart (Test Chart FY9-9042-000 oder FY9-9098-000: Marke, erhältlich von der Firma Canon Inc.) und ein Ghost-Chart (FY9-9040-000: Marke, erhältlich von der Firma Canon Inc.) wurden zur Auswertung des optischen Speichervermögens verwendet.
Dabei wurde die Größe des optischen Speichervermögens durch Beobachtung des Bildes in verschiedenen unterschiedlichen Umgebungen mit Hilfe eines Reflektionsdensitometers (erhältlich von der Firma Macbeth) festgestellt. Danach wurde nach Ausbildung eines Bildes die durchschnittliche Reflektionsdichte des Halbtonabschnittes von der durchschnittlichen Reflektionsdichte des optischen Speicherabschnittes am Halbton subtrahiert (Dm-Dr). Die erhaltenen Ergebnisse wurden durch visuelle Beobachtungen reguliert und wie folgt eingestuft:

1. Ausgezeichnet
2. Gut
3. Zulässig
4. Verwendbar
5. Schlecht verwendbar

Folgende Einstufungen wurden für das optische Speichervermögen verwendet.

1. Größe des optischen Speichers: geringer als 0,05 und visuell nicht erkennbar (ausgezeichnet).
2. Größe des optischen Speichers: nicht weniger als 0,05 und weniger als 0,10; keine Differenz der Dichte visuell beobachtbar (gut).
3. Größe des optischen Speichers: nicht geringer als 0,10 und geringer als 0,15; Differenz der Dichte visuell geringfügig erkennbar (zulässig).
4. Größe des optischen Speichers: nicht weniger als 0,15 und weniger als 0,20; Differenz der Dichte feststellbar (verwendbar).
5. Größe des optischen Speichers: nicht geringer als 0,35; Differenz der Dichte visuell erkennbar.

[Verschmiertes Bild]
Um das Ausmaß von Verschmierungen der von jeder Probe hergestellten Bilder auszuwerten, wurde die Bilderzeugungsvorrichtung, die die Probe des lichtempfindlichen Elementes und den Toner aufwies, über eine geeignete Zeitdauer mit mehr als 72 h in einer H/H-Umgebung stehengelassen, um das Innere der Vorrichtung in ausreichender und beständiger Weise an die Umgebung anzupassen. Danach wurde ein Haltbarkeitstest unter Verwendung von 50.000 Blatt Kopierpapier durchgeführt. Dann wurde der Strom abgeschaltet und die Vorrichtung im Leerlauf belassen. Dann wurde ein Abbildungstest kontinuierlich auf 100 Blatt Kopierpapier unter Verwendung der nachfolgend aufgeführten Charts durchgeführt, und die erzeugten Bilder wurden ausgewertet.
Obwohl die Vorrichtung eine Umweltschutzheizeinrichtung (Trommelheizeinrichtung) in Abhängigkeit vom Typ derselben aufweisen kann, wurde der Versuch ohne die Verwendung dieser Heizeinrichtung durchgeführt.
Es wurden die folgenden Abbildungscharts verwendet:
ABC-Chart (FY9-9058-000: Marke, erhältlich von der Firma Canon Inc.) und
NA-7 Chart (FY9-9060-000: Marke, erhältlich von der Firma Canon Inc.).
Das Ausmaß der Verschmierungen der Bilder wurde durch visuelle Beobachtung einschließlich einer Beobachtung durch ein Mikroskop ausgewertet und mit Hilfe des folgenden Systems eingestuft:

1. Ausgezeichnet
2. Gut
3. Zulässig
4. Verwendbar
5. Schlecht verwendbar.

Für die Bewertung der verschmierten Bilder wurden folgende Einstufungen vorgenommen:

1. Ausmaß von verschwommenen Lücken, die feine Linien trennen: nicht geringer als 9,0 und visuell nicht erkennbar (ausgezeichnet).
2. Ausmaß von verschwommenen Lücken, die feine Linien trennen: nicht weniger als 7,1 und visuell im wesentlichen nicht erkennbar (gut).
3. Ausmaß von verschwommenen Lücken, die feine Linien trennen: nicht geringer als 5,0 und visuell im wesentlichen nicht erkennbar (zulässig).
4. Ausmaß von verschwommenen Lücken, die feine Linien trennen: nicht weniger als 4,5 und visuell erkennbar (verwendbar).
5. Ausmaß von verschwommenen Lücken, die feine Linien trennen: geringer als 4,0 und visuell erkennbar (schlecht verwendbar).

[Grobheit des Bildes]
Um die Grobheit von mit jedem der Proben erzeugten Bildern auszuwerten, wurde die die Probe des lichtempfindlichen Elementes und den Toner aufweisende Bilderzeugungsvorrichtung in einer geeigneten Umgebung über eine geeignete Zeitdauer von über 72 h stehengelassen, um das Innere der Vorrichtung in ausreichender und beständiger Weise an die Umgebung anzupassen. Danach wurde ein Haltbarkeitstestlauf unter Verwendung von 50.000 Blatt von Kopierpapier durchgeführt. Dann wurde der Strom ausgeschaltet und die Vorrichtung im Leerlauf belassen. Danach wurde ein Abbildungstest kontinuierlich auf 100 Blatt Kopierpapier durchgeführt, indem die nachfolgenden Charts verwendet wurden, und die erzeugten Bilder wurden ausgewertet.
Obwohl die Vorrichtung eine Umgebungsschutzheizeinrichtung (Trommelheizeinrichtung) in Abhängigkeit von ihrem Typ besitzen kann, wurde der Versuch ohne Verwendung der Heizeinrichtung durchgeführt.
Es wurden die folgenden Abbildungscharts verwendet:
Halbtontestchart (FY-9-9042-000: Marke, erhältlich von der Firma Canon Inc.).
NA-7 Chart (FY9-9060-000: Marke, erhältlich von der Firma Canon Inc.).
Das Ausmaß von Verschmierungen der Bilder wurde durch visuelle Beobachtung einschließlich einer Beobachtung durch ein Mikroskop ausgewertet und gemäß dem folgenden System eingestuft:

1. Ausgezeichnet
2. Gut
3. Zulässig
4. Verwendbar
5. Schlecht verwendbar.

Die für die Einstufung der groben Bilder verwendeten Standards waren wie folgt:

1. Ausmaß von Lücken, die gestrichelte feine Linien trennen: nicht geringer als 9,0 und visuell nicht erkennbar (ausgezeichnet).
2. Ausmaß von Lücken, die gestrichelte feine Linien trennen: nicht weniger als 7,1 und visuell im wesentlichen nicht erkennbar (gut).
3. Ausmaß von Lücken, die gestrichelte feine Linien trennen: nicht weniger als 5,0 und visuell im wesentlichen nicht erkennbar (zulässig).
4. Ausmaß von Lücken, die gestrichelte feine Linien trennen: nicht weniger als 4,5 und visuell erkennbar (verwendbar).
5. Ausmaß von Lücken, die gestrichelte feine Linien trennen: geringer als 4,0 und visuell erkennbar (schlecht verwendbar).

[Fleckenniveau]
Des weiteren wurden die erhaltenen Bilder in bezug auf weiße Flecken und schwarze Flecken sowie andere Defekte ausgewertet. Genauer gesagt, die Größe und die Anzahl der Flecken wurde ermittelt unter Verwendung von:
Einem Vollschwarztestchart (FY-9-9073-000: Marke, erhältlich von der Firma Canon Inc.),
einem Halbtontestchart (FY-9-9042-000: Marke, erhältlich von der Firma Canon Inc.) und
weißem Papier (Transfermedium).
[D.O.S., Eu]
Ein 1 μm dicker a-Si-Film wurde durch Abscheidung auf einem Glassubstrat (705: Marke, erhältlich von der Firma Corning) ausgebildet, und ein Si-Wafer wurde unter den Bedingungen zur Herstellung einer fotoleitenden Schicht in einem zylindrischen Halter angeordnet. Dann wurde eine kammförmige Al-Elektrode durch Verdampfen auf dem Abscheidefilm des Glassubstrates ausgebildet, und die charakteristische Energie am exponentiellen Urbach- Schwanz (Eu) sowie das lokalisierte Dichteniveau (D.O.S.) wurden durch CPM beobachtet, wobei der Wasserstoffanteil des Abscheidefilmes auf dem Si-Wafer durch FT-IR (Fourier-Transformationsinfrarotabsorption) gemessen wurde.
12 zeigt die Beziehung zwischen Eu und der Temperaturcharakteristik, und die 13 und 14 zeigen die Beziehungen zwischen D.O.S. und dem optischen Speicherniveau sowie dem Anteil der verschmierten Bilder. 15 zeigt die Beziehung zwischen dem Verhältnis Si-H₂/Si-H und dem Grobbildniveau. Der Wasserstoffanteil sämtlicher Proben lag zwischen 10 und 30 Atom%.
Wie aus den 12 bis 15 hervorgeht, wurde festgestellt, daß ausgezeichnete Elektrofotografien erhalten werden können, wenn die charakteristische Energie (Eu) am exponentiellen Urbach-Schwanz zwischen 50 und 60 meV liegt, erhalten aus dem Unterbandlückenlichtabsorptionsspektrum, und D.O.S. unter dem Leitungsband zwischen 1 × 10¹⁴ und 1 × 10¹⁶ cm^–3 liegt, während das Wasserstoffbindungsverhältnis (Verhältnis von Si-H₂/Si-H) zwischen 0,2 und 0, 5 liegt.
[Spezifischer elektrischer Widerstand]
Proben von Oberflächenschichten wurden in der gleichen Weise hergestellt, und der elektrische Widerstand wurde unter Verwendung einer kammförmigen Elektrode gemessen.
Der elektrische Widerstand wurde in einem Bereich einer angelegten Spannung zwischen 250 V und 1 kV mit Hilfe eines MΩ-Testers, erhältlich von der Firma HIOKI, gemessen.
Proben von lichtempfindlichen Elementen, die die gleiche Oberflächenschicht wie die vorstehenden Proben aufwiesen, wurden hergestellt und in einer entsprechenden Bilderzeugungsvorrichtung montiert, die dann in den vorstehend aufgeführten Umgebungen über eine geeignete Zeitdauer von über 72 h stehen gelassen wurde, um das Innere der Vorrichtung in ausreichender und beständiger Weise an die Umgebung anzupassen.
Danach wurden die elektrischen Eigenschaften eines jeden lichtempfindlichen Elementes mit Hilfe des obigen Potentialsensors ausgewertet.
Ferner wurde eine Entwicklungseinheit installiert, und es wurde ein Haltbarkeitslauftest unter Verwendung von 50.000 Blatt Kopierpapier durchgeführt. Dann wurde ein Abbildungstest kontinuierlich auf 100 Blatt Kopierpapier unter Verwendung eines flachen schwarzen Charts, eines Halbtoncharts und eines Transfermediumblattes als Originale kontinuierlich durchgeführt, und die erhaltenen Bilder wurden in bezug auf die Erzeugung von feinen Löchern von den feinen Defekten auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes ausgewertet.
Wie aus 16 hervorgeht, die die Ergebnisse zeigt, die aus den Proben des Abscheidefilmes und lichtempfind lichen Elementes gewonnen wurden, liegt der elektrische Widerstand der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes vorzugsweise zwischen 1 × 10¹⁰ und 5 × 10¹⁵, bevorzugter zwischen 5 × 10¹² und 5 × 10¹⁴, um ausgezeichnete elektrische Eigenschaften im Hinblick auf das Ladungsträgervermögen, die elektrische Aufladungseffizienz und die elektrische Restladung zu erhalten und das Auftreten von Lecks in der Form von feinen Löchern, die die Oberflächenschicht beschädigen können, wenn Spannung angelegt wird, zu verhindern.
Dann wurde ein Potentialsensor in jeder Bilderzeugungsvorrichtung nach Entfernen der Entwicklungseinheit und der Reinigungseinheit installiert, um einen anderen Test in den gleichen Umgebungen für die gleichen Testgegenstände durchzuführen.
Es wurden die obigen Bewertungssysteme verwendet, mit Ausnahme der Entwicklung und Reinigung, und es wurde ein papierfreier Haltbarkeitslauftest für die gleiche Menge an Kopierpapier durchgeführt, um die Änderungen in den elektrischen Eigenschaften des lichtempfindlichen Elementes vor und nach dem Haltbarkeitslauftest zu erkennen.
Die Umgebungsschutzheizeinrichtung wurde während des Haltbarkeitslauftests ausgeschaltet.
Der Haltbarkeitslauftestvorgang wurde durchgeführt, während das Oberflächenpotential des lichtempfindlichen Elementes mit Hilfe eines Potentialmessgerätes, das an einer anderen Stelle als der Entwicklungseinheit angeordnet wurde, überwacht wurde.
Es wurde festgestellt, daß sich die elektrischen Eigenschaften der lichtempfindlichen Elemente nach dem Haltbarkeitslauftest ohne Verwendung von Kopierpapier nicht verändert hatten, da sie eine Toleranz von ± 5 % aufwiesen.
Versuch 2
In diesem Versuch wurde eine Filmerzeugungsvorrichtung, die in der Lage ist, eine VHF-PCVD-Technik zu verwenden, wie in 10 gezeigt, eingesetzt, um ein lichtempfindliches Element für eine Bilderzeugungsvorrichtung herzustellen. Als erstes wurden ein Aluminiumzylinder mit einem Durchmesser von 80, der spiegelpoliert worden war, und ein anderer Aluminiumzylinder ebenfalls mit einem Durchmesser von 80, dessen Oberfläche jedoch behandelt worden war, um Wellungen über die vorstehend beschriebene bekannte Technik herzustellen, verwendet. Dann wurden eine Ladungsinjektiongsverhinderungsschicht, eine fotoleitend Schicht und eine Oberflächenschicht auf jedem Zylinder unter den in der nachfolgenden Tabelle 2 aufgeführten Bedingungen ausgebildet.
Des weiteren wurden verschiedene lichtempfindliche Elemente hergestellt, indem das Mischungsverhältnis von SiH₄ und H2 der fotoleitenden Schicht und die Entladungsenergie verändert wurden.
Wann immer erforderlich, wurde die Oberfläche der erhaltenen Proben poliert, um die Wellungen und das grobe Aussehen durch SiC-Pulver und Diamantpulver zu entfernen.
Für die Oberflächenschicht von einigen Proben wurde CF₄ durch a-C:H ausgetauscht.
Wie in Versuch 1 wurde ein 1 μm dicker a-Si-Film durch Abscheidung auf einem Glassubstrat (705: Marke, erhältlich von der Firma Corning) erzeugt, und ein Si-Wafer wurde in einem zylindrischen Halter unter den Bedingungen zur Herstellung einer fotoleitenden Schicht angeordnet. Dann wurde eine kammförmige Al-Elektrode durch Bedampfen auf dem Abscheidungsfilm des Glassubstrates erzeugt, und die charakteristische Energie des exponentiellen Urbach-Schwanzes (Eu) sowie die lokalisierte Niveaudichte (D.O.S.) wurden mit Hilfe von CPM beobachtet, wobei der Wasserstoffanteil des Abscheidungsfilmes auf dem Si-Wafer mit Hilfe von FT-IR (Fourier-Transformationsinfrarotabsorption) gemessen wurde.
Wie in Versuch 1 wurde festgestellt, daß ausgezeichnete Elektrofotografien erhalten werden können, wenn die charakteristische Energie (Eu) am exponentiellen Urbach-Schwanz zwischen 50 und 60 neV liegt, erhalten aus dem Unterbandlückenlichtabsorptionsspektrum, und der D.O.C.-Wert unter dem Leitungsband zwischen 1 × 10⁴ und 1 × 10¹⁶ cm^–3 liegt, während das Wasserstoffbindungsverhältnis (Verhältnis Si-H₂/Si-H) zwischen 0,2 und 0,5 liegt.
Wie bei Versuch 1 liegt der elektrische Widerstand der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes vorzugsweise zwischen 1 × 10¹⁰ und 5 × 10¹⁵, bevorzugter zwischen 5 × 10¹² und 5 × 10¹⁴, um ausgezeichnete elektrische Eigenschaften im Hinblick auf das Ladungsträgervermögen, die elektrostatische Aufladeeffizienz und die elektrische Restladung zu erhalten und Lecks in der Form von feinen Löchern, die die Oberflächenschicht beschädigen können, wenn Spannung daran gelegt wird, zu verhindern.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr anhand von weiteren Beispielen erläutert.
Die Erfindung ist jedoch in keiner Weise auf diese Beispiele beschränkt. Vielmehr können alle beliebigen anderen Konfigurationen erfindungsgemäß Verwendung finden, solange wie diese Konfigurationen die Effekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung liefern.
In den nachfolgenden Beispielen wurden lichtempfindliche Elemente mit einer fotoleitenden Schicht mit ausgezeichneten Werten von Eu, D.O.S. und einer Oberflächenschicht mit einem ausgezeichneten spezifischen Widerstand verwendet.
Beispiel 1
Es wurde eine Filmerzeugungsvorrichtung gemäß 9, bei der eine HF-PCVD-Technik Anwendung finden konnte, eingesetzt, um ein lichtempfindliches Element für eine Bilderzeugungsvorrichtung herzustellen, die eine La dungsinjektionsverhinderungsschicht, eine fotoleitende Schicht und eine Oberflächenschicht gemäß Versuch 1 umfaßt.
Für die Proben der lichtempfindlichen Elemente wurden identische fotoleitende Schichten derart hergestellt, daß sie ausgezeichnete Werte für D.O.S. und Eu besaßen.
Die lichtempfindlichen Elemente besaßen einen Außendurchmesser von 80 wie in Versuch 1.
Die bei diesem Beispiel zur Auswertung verwendete Bilderzeugungsvorrichtung und der verwendete Toner waren eine modifizierte NP6750-Vorrichtung und ein modifizierter NP6750-Toner, erhältlich von der Firma Canon Inc., wie bei den obigen Versuchen.
Die Oberflächenschichten der Proben wurden unterschiedlich aufgebaut, indem das Mischungsverhältnis der Quellengase und die Entladungsenergie reguliert wurden. Die hergestellten lichtempfindlichen Elemente wurden zur Entfernung der Wellungen und des groben Aufbaus mit Hilfe von SiC-Pulver und Diamantpulver poliert, um die freie Oberflächenenergie (γ) und die anderen charakteristischen Werte zu ermitteln.
Die erhaltenen charakteristischen Werte der lichtempfindlichen Elemente A1 bis F1 dieses Beispiels und der lichtempfindlichen Elemente G1 bis J1 des Vergleichsbeispiels 1, die nachfolgend beschrieben werden, sind in der nachfolgenden Tabelle 3 aufgeführt.
Die freie Oberflächenenergie wurde für jede Probe mit Hilfe des Kontaktwinkelmeßgerätes CA-S ROLL und der Computersoftware EG-11, wie vorstehend erwähnt (Marken, erhältlich von der Firma Kyowa Kaimen) bestimmt.
Die Oberflächengrobheit Rz wurde mit Hilfe eines surf coder SE-30D (Marke, erhältlich von der Firma Kosaka Research) ermittelt.
Die lichtempfindlichen Elemente wurden in der entsprechenden Bilderzeugungsvorrichtung montiert und in Betrieb genommen, um das optische Speichervermögen, verschmierte Bilder und Bilddefekte, wie weiße Flecken und schwarze Flecken, in drei unterschiedlichen Umgebungen von N/N (25°C, 45 % RH), H/H (35°C, 85 % RH) und N/L (25°C/10 % RH) auszuwerten.
Für einen Haltbarkeitstestlauf wurden 20.000 Blatt Kopierpapier mit einem TC-Al Test Chart (FY9-9045-000: Marke, erhältlich von der Firma Canon Inc.) für jede Probe verwendet.
Die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes wurde vor und nach dem Test und jedes Mal nach dem Durchlauf von einigen 10.000 Blatt in bezug auf eine fehlerhafte Reinigung und die freie Oberflächenenergie untersucht.
In diesem Beispiel wurde der Anschlagdruck des Reinigungsblattes der Reinigungseinheit an das lichtempfind liche Element auf 5 bis 50 gf/cm reguliert, wie vorstehend erläutert.
[Fehlerhafte Reinigung]
Um die fehlerhafte Reinigung auszuwerten, wurde das Vorhandensein oder Fehlen von "Trübungen" auf weißem Papier durch Toner mit Hilfe eines Tricolor [Schwarz/Halbton/Weiß]-Test-Charts (FY-9-9017-000: Marke, erhältlich von der Firma Canon Inc.) und eines NA-7 Test Charts (FY-9-9060-000: Marke, erhältlich von der Firma Canon Inc.) überprüft.
Von den bei unterschiedlichen Umweltbedingungen hergestellten Bildern wurde das Bild mit der schlechtesten Bildqualität für die Auswertung verwendet.
Genauer gesagt, der Tricolor-Chart wurde für das Abbilden bei unterschiedlichen Umgebungen verwendet, und das erhaltene Bild wurde ausgewertet, indem die Klarheit der Grenzen der unterschiedlichen Farben, die Anwesenheit oder das Fehlen von Streifen oder Leck-Toner im Drehsinn des lichtempfindlichen Elementes und das Vorhandensein von Trübungen untersucht wurde.
Die Bildtrübungen wurden ausgewertet, indem ein Reflektionsdensitometer (Reflektometer Model TC-6DS: Marke, erhältlich von der Firma Tokyo Denshoku) verwendet und der Wert von Ds-Dr ermittelt wurde, wobei Ds die schlechteste reflektierte Dichte von Weiß des Transfermediums nach der Abbildung und Dr die durchschnittliche reflektierte Dichte von Weiß des Transfermediums vor der Abbildung bedeuten. Die nachfolgenden Einstufungen wurden verwendet:

5. Ausgezeichnet hinsichtlich Trübung: Ds-Dr kleiner als 1,0 %
4. Gut hinsichtlich Trübung: Ds-Dr zwischen 1,0 und 1,3 %
3. Zulässig hinsichtlich Trübung: Ds-Dr zwischen 1,3 und 1,7 %
2. Verwendbar hinsichtlich Trübung: Ds-Dr zwischen 1,7 und 2,0 %
1. Schlecht verwendbar hinsichtlich Trübung: Ds-Dr mehr als 2,0 %.

Dann wurde die Reinigungseinheit demontiert, und das Reinigungsblatt wurde unter Verwendung eines Mikroskops und durch Messen der Dichte des erzeugten Bildes auf Absplitterungen überprüft.
Der Resttoner auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes wurde ebenfalls zum Zeitpunkt der Probennahme der erzeugten Bilder überprüft.
Die Bilddichte wurde mit Hilfe eines SDI-Filters unter Verwendung eines Macbeth Density Messgerätes RD-918 (Marke, erhältlich von der Firma Macbeth) ermittelt.
Zuerst wurde der obige Chart für die Erzeugung der Bilder verwendet, und das Vorhandensein oder Fehlen von schwarzen Streifen wurde im Drehsinn des lichtempfindlichen Elementes überprüft.
Als zweites wurde ein Stück eines Klebers, beispielsweise ein Haftband, auf die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes an einer Stelle aufgebracht, die von der Reinigungseinheit passiert worden war, und der Kleber wurde zum Haften am Kopierpapier gebracht. Dann wurde die Reflektionsdichte des Klebers mit Hilfe eines Reflektionsdensitometers wie bei der Auswertung der Trübung gemessen. Der Durchschnitt der gemessenen Werte ist mit Dt gekennzeichnet.
Die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes wurde durch Trockenwischen oder feuchtes Wischen unter Verwendung von Alkohol gereinigt, um Resttoner zu entfernen. Der gleiche Test wurde durchgeführt, um den Effekt des Reinigungsvorganges auszuwerten. Der vom Reflektionsdensitometer erhaltene Wert ist mit Dn gekennzeichnet.
Wie im Falle der Trübungsauswertung wurde die Reinigung als fehlerhaft ermittelt, wenn Dt-Dn größer als 2,0 % war oder wenn schwarze Streifen durch Toner auf dem Bild erzeugt wurden, die in Drehrichtung des lichtempfindlichen Elementes verliefen.
Die folgenden Einstufungen wurden verwendet, um ein fehlerhaftes Reinigen auszuwerten.

5. Ausgezeichnet in bezug auf eine fehlerhafte Reinigung (keine schwarzen Streifen durch das Blatt und Dt – Dn kleiner als 1,0 %)
4. Gut in bezug auf eine fehlerhafte Reinigung (keine schwarzen Streifen durch das Blatt und Dt – Dn zwischen 1,0 und 1,3 %).
3. Zulässig in bezug auf fehlerhafte Reinigung (mehr als drei schwarze Streifen weniger als 1,5 mm lang und Dt – Dn zwischen 1,3 und 1,7 %)
2. Verwendbar in bezug auf fehlerhafte Reinigung (mehr als fünf schwarze Streifen weniger als 2,0 mm lang und Dt – Dn zwischen 1,7 und 2,0 %)
1. Schlecht verwendbar in Bezug auf fehlerhafte Reinigung (schwarze Streifen, die die obige Definition überschreiten, und Dt – Dn größer als 2,0 %).

Die nachfolgende Tabelle 4 und 19 zeigen die freie Oberflächenenergie (γ[Mn/m]) der Proben der lichtempfindlichen Elemente.
Die Variation Δγ, die die Änderung des γ-Wertes gegenüber dem Anfangswert für jede Probe wiedergibt, ist in 20 dargestellt.
Die nachfolgende Tabelle 5 zeigt die Auswertungsergebnisse für die Bildqualität, die Reinigungseinheit und das lichtempfindliche Element vor und nach dem Haltbarkeitsdauertest. Die in Tabelle 5 verwendeten Klassifizierungssymbole sind wie folgt:
"⌾": Ausgezeichnet (ausgezeichneter Reinigungseffekt, kein abgesplittertes Blatt, Bewertung 5 für fehlerhaftes Reinigen einschließlich Trübung des Bildes, keine Verschlechterung durch verschmiertes Bild).
"O": Gut (guter Reinigungseffekt auf dem Bild, kein abgesplittertes Blatt, Bewertung von 5 für fehlerhaftes Reinigen)
"•": Schlecht (Reinigungseffekt wie immer oder schlechter auf dem Bild, Bewertung von 3, 2 oder 1 für fehlerhafte Reinigung (in Abhängigkeit vom Ausmaß der fehlerhaften Reinigung).
17 zeigt die Korrelation zwischen der freien Oberflächenenergie γ und der Reinigungshaltbarkeit, und 18 zeigt die Korrelation zwischen Δγ und der Reinigungsbeständigkeit.
Die nachfolgende Tabelle 6 zeigt die Auswertungsergebnisse, die für die Reinigungsbeständigkeit erhalten wurden. Die in der Tabelle verwendeten Symbole sind nachfolgend wiedergegeben:
"⊙": Ausgezeichnet (keine Änderung der Bewertung für verschmiertes Bild, der zum Reinigen erforderliche Lineardruck des Reinigungsblattes liegt im Anfangsbereich).
"O": Gut (Änderung von 1 bis 2 hinsichtlich der Bewertung für verschmiertes Bild, der zum Reinigen erforderliche Lineardruck des Reinigungsblattes liegt innerhalb eines Sicherheitsbereiches).
"•": Schlecht wie immer oder schlechter (Änderung von 2 oder mehr in der Bewertung für verschmiertes Bild, der zum Reinigen erforderliche Lineardruck des Reinigungsblattes liegt auf herkömmlichem Niveau).
Wie man den 17 bis 20 und den obigen Tabellen entnehmen kann, wurde ein gutes Reinigungsvermögen ohne Verschmelzung erhalten, wenn der Wert von γ zwischen 35 und 65 mN/m, vorzugsweise zwischen 40 und 60 mN/m, lag.
Es wurde ein besonders beständiges Reinigungsvermögen und damit ein ausgezeichneter Spielraum für die Betriebsbedingungen der Reinigungseinheit festgestellt, wenn der Wert von Δγ geringer war als 25 mN/m, vorzugsweise geringer als 150 mN/m.
Beispiel 2
Die in 10 erzeugte Filmerzeugungsvorrichtung, die zur Nutzung der VHF-PCVD-Technik geeignet war, wurde verwendet, um ein lichtempfindliches Element für eine Bilderzeugungsvorrichtung herzustellen. Als erstes wurden ein Aluminiumzylinder, der spiegelpoliert worden war, und ein anderer Aluminiumzylinder, dessen Oberfläche behandelt worden war, um Wellen mit dem vorstehend beschriebenen bekannten Verfahren zu erzeugen, verwendet. Dann wurden lichtempfindliche Elemente mit einem Außendurchmesser von 80, die eine Ladungsinjektionsverhinderungsschicht, eine fotoleitende Schicht und eine Oberflächenschicht aufwiesen, unter den in der nachfolgenden Tabelle 7 aufgeführten Bedingungen hergestellt.
Die nachfolgend aufgeführten Proben A2 bis F2 des lichtempfindlichen Elementes wurden hergestellt, indem die Quellengase und die Entladungsenergie der fotoleitenden Schicht und der Oberflächenschicht reguliert wurden.
Die nachfolgende Tabelle 8 und 21 zeigen die freie Oberflächenenergie (γ [mN/m)) der lichtempfindlichen Elemente, und 22 zeigt die Variation Δγ , d.h. die Veränderung von γ im Vergleich zum Anfangswert.
Das hergestellte lichtempfindliche Element wurde in der entsprechenden Bilderzeugungsvorrichtung in Abhängigkeit vom Außendurchmesser wie in Beispiel 1 montiert und in Bezug auf die Haltbarkeit getestet, wobei zufriedenstellende Ergebnisse wie in Beispiel 1 erhalten wurden. Tabelle 9 zeigt die erhaltenen Ergebnisse des Haltbarkeitstests. Es wurde festgestellt, daß das Absplittern des Blattes infolge der Wellungen der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes verringert oder eliminiert worden war.
Die nachfolgende Tabelle 10 zeigt die für die Reinigungsbeständigkeit der Proben erhaltenen Ergebnisse.
17 zeigt die Korrelation zwischen der freien Oberflächenenergie γ und der Reinigungshaltbarkeit. 18 zeigt die Korrelation zwischen Δγ und der Reinigungsbeständigkeit. Diese Werte wurden auf der Basis des vorstehend in den Versuchen 1 und 2 beschriebenen Bewertungssystems erhalten.
Wie aus den 17 bis 20 und den obigen Tabellen hervorgeht, wurde ein gutes Reinigungsvermögen erhalten, als der Wert γ zwischen 35 und 65 mN/m, vorzugsweise zwischen 40 und 60 mN/m, lag.
Es wurde festgestellt, daß das Reinigungsvermögen besonders beständig war, so daß ein großer Spielraum für die Betriebsbedingungen der Reinigungseinheit erhalten wird, wenn der Wert Δγ geringer als 25 mN/m, vorzugsweise geringer als 15 mN/m, ist.
Beispiel 3
Es wurden eine Filmerzeugungsvorrichtung, mit der eine VHF-PCVD-Technik gemäß 10 durchgeführt werden konnte, und Aluminiumzylinder, die auf einen Durchmesser von 30, 80 und 108 hochglanzpoliert worden waren, und solche, deren Oberfläche mit der vorstehend beschriebenen bekannten Technik zur Erzeugung von Wellen behandelt worden war, verwendet. Dann wurden eine Ladungsinjektionsverhinderungsschicht, eine fotoleitende Schicht und eine Oberflächenschicht auf jedem Zylinder unter den in der nachfolgenden Tabelle 11 aufgeführten Bedingungen ausgebildet.
Proben A3 bis J3 des lichtempfindlichen Elementes wurden durch Regulierung der Quellengase und der Entladungsenergie der fotoleitenden Schicht und der Oberflächenschicht hergestellt. Die nachfolgende Tabelle 12 und 23 zeigen die freie Oberflächenenergie (γ[mN/m]) der lichtempfindlichen Elemente, und 24 zeigt die Änderung Δγ, d.h. die Änderung von γ im Vergleich zum Anfangswert.
Die hergestellten lichtempfindlichen Elemente wurden in der nachfolgend beschriebenen Weise montiert. Das lichtempfindliche Element mit einem Durchmesser von 30 wurde in einer Bilderzeugungsvorrichtung A (GP5511: Marke, erhältlich von der Firma Canon Inc., modifiziert für den Test) montiert. Das lichtempfindliche Element mit einem Durchmesser von 80 wurde in einer Bilderzeugungsvorrichtung B (NP7750: Marke, erhältlich von der Firma Canon Inc., modifiziert für den Test) montiert. Das lichtempfindliche Element mit einem Durchmesser von 108 wurde in einer Bilderzeugungsvorrichtung C (NP6085: Marke, erhältlich von der Firma Canon Inc., modifiziert für den Test) montiert.
Die hergestellten lichtempfindlichen Elemente führten zu ausgezeichneten Testergebnissen, wenn γ zwischen 35 und 65 mN/m betrug, wie in Beispiel 1 und 2.
Was den Haltbarkeitstest anbetrifft, so lieferte die Probe unter Verwendung von a-C: F für die Oberflächenschicht bessere Ergebnisse als die Probe unter Verwendung von a-C: H für die Oberflächenschicht. Wie in Beispiel 1 wurde kein Abplatzen des Blattes infolge der Wellungen der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes festgestellt.
Die nachfolgende Tabelle 14 gibt die Ergebnisse wieder, die für die Reinigungsbeständigkeit der Proben erhalten wurden.
17 zeigt die Korrelation zwischen der freien Oberflächenenergie γ und der Reinigungshaltbarkeit, während 18 die Korrelation zwischen Δγ und der Reinigungsbeständigkeit auf der Basis des vorstehend in den Versuchen 1 und 2 beschriebenen Bewertungssystems zeigt.
Wie aus den 17 bis 20 und den obigen Tabellen hervorgeht, wurde ein gutes Reinigungsvermögen erhalten, als der Wert γ zwischen 35 und 65 mN/m, vorzugsweise zwischen 40 und 60 mN/m, lag.
Es wurde festgestellt, daß das Reinigungsvermögen besonders beständig war, so daß ein großer Spielraum für die Betriebsbedingungen der Reinigungseinheit erhalten wurde, als der Wert Δγ weniger als 25 mN/m, vorzugsweise weniger als 15 mN/m, betrug.
Wie man den Ergebnissen der Beispiele 1 bis 3 entnehmen kann, ist ein lichtempfindliches Element mit einer Oberflächenschicht vom a-SiC- oder a-C-Typ ziemlich hart auf der Oberfläche und besonders haltbar.
Eine Oberflächenschicht aus einem Material vom a-Si-Typ, wie a-SiC oder a-C, ist gegenüber einem wiederholten Gebrauch sehr hart und haltbar, so daß es in wirksamer Weise für ein mit hoher Geschwindigkeit arbeitendes Ge rät verwendet werden kann und eine lange nutzbare Lebensdauer besitzt.
Eine Oberflächenschicht aus einem Material vom a-C-Typ besitzt ferner einen ausgezeichneten Schmiereffekt und hat ein gutes Reinigungsvermögen mit geringer Belastung, so daß daher die Belastung der Reinigungseinheit reduziert wird und das gesamte System eine verlängerte nutzbare Lebensdauer erhält.
Eine Oberflächenschicht, die Fluor enthält, ist besonders wasserabstoßend und funktioniert auf wirksame Weise, um verschmierte Bilder zu verhindern.
Das erfindungsgemäß erzielte verbesserte Reinigungsvermögen reduziert die Häufigkeit eines Austausches der das lichtempfindliche Element umgebenden Elemente. Als Kombinationseffekt kann ein lichtempfindliches Element mit einer verlängerten nutzbaren Lebensdauer gemäß der Erfindung die nutzbare Lebensdauer der elektrofotografischen Vorrichtung stark verbessern und den Verbrauch an Ressourcen verringern, da die Erzeugung von Abfall verringert wird.
Beispiel 4
Das lichtempfindliche OPC-Element dieses Beispiels umfasst ein Substrat, eine Ladungserzeugungsschicht und eine Ladungstransportschicht sowie eine Oberflächenschicht und eine Zwischenschicht, die vorgesehen ist, wann immer erforderlich.
Proben von lichtempfindlichen OPC-Elementen mit unterschiedlichen Oberflächenbedingungen wurden gemäß diesem Beispiel hergestellt.
Bei der Herstellung der Proben wurde die freie Oberflächenenergie γ reguliert, und die Bedingungen für die Herstellung wurden so ausgewählt, daß die Proben keine wesentlichen Unterschiede in bezug auf die elektrischen Eigenschaften und die Oberflächenhärte besaßen.
Obwohl auf den Proben keine speziellen Oberflächenschichten ausgebildet wurden, werden die in diesem Beispiel erzielten Effekte nicht nachteilig beeinflusst, wenn eine Oberflächenschicht ausgebildet wird.
Die lichtempfindlichen Elemente besaßen einen Außendurchmesser von 30 und wurden in einer entsprechenden Bilderzeugungsvorrichtung (GP 5511: Marke, erhältlich von der Firma Canon Inc., modifiziert für den Test) montiert. Es wurde ein an das Gerät GP5511 angepaßter Toner verwendet.
Die freie Oberflächenenergie (γ) wurde auf den lichtempfindlichen Elementen A4 bis F4 gemessen. Nach Montage der lichtempfindlichen Elemente auf der entsprechenden Vorrichtung wurde ein Betriebshaltbarkeitstest wie in Beispiel 1 durchgeführt und hinsichtlich des Verhaltens ausgewertet. Die Tabellen 15 und 16 und die 25 und 26 zeigen die erhaltenen Ergebnisse.
In diesem Beispiel hielten die Proben das anfängliche Verhaltensniveau sowohl in bezug auf das Reinigungsverhalten als auch in bezug auf die Bildqualität aufrecht.
Die Abstreifrate der lichtempfindlichen Elemente wurde reduziert, um nachzuweisen, daß durch die Verwendung des OPC die nutzbare Lebensdauer eines lichtempfindlichen Elementes auf wirksame Weise verlängert werden kann. Es wurden keine Tonerverschmelzung und keine Abblätterung des Blattes beobachtet.
Dies kann darauf zurückzuführen sein, daß die Oberfläche auf konstante Weise erneuert wird, da sie abgescheuert und abgekratzt wird. Die Oberflächenbedingungen schwanken daher weniger.
Beispiel 5
Auf den lichtempfindlichen Elementen gemäß Beispiel 4 wurde eine Oberflächenschicht ausgebildet.
Die Oberflächenschicht wurde aus einem Material hergestellt, das Fluor enthielt, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE, "Teflon").
Als Ergebnis der Herstellung von diversen lichtempfindlichen Elementen mit variierenden durchschnittlichen Partikelgrößen und einem variierenden Anteil von PTFE wurde festgestellt, daß ein ausgezeichnetes lichtempfindliches Element in bezug auf die Bildqualität und die Oberflächenhärte erhalten werden kann, wenn der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Fluorharzes geringer ist als der des Toners und vorzugsweise geringer ist als 3 μm, bevorzugter geringer als 1 μm, am bevorzugtesten geringer ist als 0,5 μm.
Der Anteil des Fluorharzes liegt vorzugsweise zwischen 5 und 70 Gew.% auf der Basis des Gesamtgewichtes der Oberflächenschicht im Hinblick auf die freie Oberflächenenergie γ , das Ladungsträgervermögen und die Oberflächenhärte.
Obwohl ein lichtempfindliches Element mit einer Oberfläche, die keine Fluoratome enthält und/oder keine Fluorbeschichtung besitzt, im Hinblick auf das Wasserabstoßvermögen und das Reinigungsvermögen ausgezeichnet ist, besitzt eine Oberflächenschicht, die Fluoratome enthält und/oder eine Fluorbeschichtung aufweist, den Vorteil, daß sie die freie Oberflächenenergie γ auf einen wirksamen Bereich begrenzt und eine ausgezeichnete Glätte und eine ausgezeichnete Haltbarkeit besitzt.
Die lichtempfindlichen Elemente A5 bis J5 dieses Beispiels wurden im Hinblick auf die freie Oberflächenenergie unter Verwendung des gleichen Toners wie in Beispiel 4 und im Hinblick auf die Haltbarkeit und das Reinigungsvermögen wie in Beispiel 1 getestet. Die Tabellen 18 und 19 und die 27 und 28 zeigen die erhaltenen Ergebnisse.
Die Proben dieses Beispiels besaßen ein Niveau der freien Oberflächenenergie γ, das in einem gewünschten Bereich lag, und hatten des weiteren ein gutes Reinigungsvermögen.
Im Haltbarkeitstest zeigten die Proben dieses Beispiels mit einer mit Fluor beschichteten Oberflächenschicht ein besseres Verhalten als die Proben von Beispiel 3, die keine mit Fluor beschichtete Oberflächenschicht aufwiesen. Insbesondere erzeugten die Proben dieses Beispiels keine abnormen Vibrationsgeräusche am Blatt infolge der Reibung des Blattes und des lichtempfindlichen Elementes, als die Betriebsgeschwindigkeit und die Umgebung für den Haltbarkeitstest verändert wurden. Des weiteren wurde wie in Beispiel 4 kein Abplatzen des Blattes beobachtet.
Die nachfolgende Tabelle 20 zeigt die Beständigkeit des Reinigungsverhaltens.
17 zeigt die Korrelation zwischen der freien Oberflächenenergie γ und der Reinigungshaltbarkeit, und 18 zeigt die Korrelation zwischen Δγ und der Reinigungsbeständigkeit, die auf der Basis des vorstehend in den Versuchen 1 und 2 beschriebenen Bewertungssystems erhalten wurden.
Wie aus den 17 bis 20 und den obigen Tabellen hervorgeht, wurde ein gutes Reinigungsverhalten erreicht, wenn der Wert γ zwischen 35 und 65 mN/m, vorzugsweise zwischen 40 und 60 mN7m, lag.
Ferner war Δγ geringer als 15 mN/m, und es wurde auch eine zufriedenstellende Beständigkeit des Reinigungsverhaltens festgestellt.
Dies kann darauf zurückzuführen sein, daß die Oberfläche auf konstante Weise durch das Scheuern und Abkratzen erneuert wird, so daß der Oberflächenzustand geringere Schwankungen aufweist.
Wie vorstehend beschrieben, beeinflussen die Reinigungsbedingungen einschließlich des Reinigungsblattdrucks die nutzbare Lebensdauer des Gesamtsystems einschließlich der Reinigungseinheit.
Bei diesem Beispiel wurde festgestellt, daß das Reinigungsverhalten besonders beständig war, so daß ein großer Spielraum für die Betriebsbedingungen der Reinigungseinheit gegeben ist.
Des weiteren wurde festgestellt, daß ein lichtempfindliches Element mit einer mit Fluor beschichteten Oberfläche stark wasserabstoßend ist und hiermit verschmierte Bilder vermieden werden können.
Obwohl bei dieser Ausführungsform jedes lichtempfindliche Element Fluor in einem dispergierten Zustand enthielt, kann ein lichtempfindliches Element auch so ausgebildet sein, daß es eine Fluor enthaltende Oberflächenschicht besitzt, die durch Aufbringung eines Anstrichs, der Fluoratome enthält, erzeugt wird.
Auch die lichtempfindlichen Elemente, die eine Fluorbeschichtung aufwiesen, zeigten ein zufriedenstellendes Verhalten. Als die Beschichtung durch Reibung vollständig entfernt war, funktionierten die Elemente exakt in der gleichen Weise wie die lichtempfindlichen OPC-Elemente ohne Beschichtung.
Es ist wünschenswert, das Ladungsträgervermögen und die Empfindlichkeit des lichtempfindlichen Elementes in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der elektrofotografischen Vorrichtung durch Verwendung von Fluor in einem dispergierten Zustand oder in einer Oberflächenbeschichtung mit einer ausgewählten Konzentration zu steuern. Wenn die Oberflächenschicht mit pulverförmigem Fluorharz beschichtet wird, sollte die Fluorkonzentration unter Berücksichtigung der Gleichmäßigkeit des Ladungsträgervermögens und der Bildqualität ausgewählt werden.
Ferner kann Fluor in einem dispergierten Zustand mit einer obersten Fluorbeschichtung verwendet werden, obwohl die obigen Effekte auch erreicht werden können, wenn Fluor nur in einem dispergierten Zustand oder als oberste Beschichtung verwendet wird.
Der Anschlagdruck oder der Reinigungsblattdruck, mit dem das Reinigungsblatt gegen das lichtempfindliche Element stößt, wurde bei den obigen Beispielen zwischen 5 und 100 gf/cm eingestellt.
Obwohl ein Anschlagdruck von 15 gf/cm in den obigen Tabellen verwendet wurde, wurden in gleicher Weise ausgezeichnete Ergebnisse mit anderen Anschlagdrücken durch geeignetes Steuern von γ und Δγ erhalten.
Es wird nunmehr ein Vergleichsbeispiel zum Vergleich mit dem obigen Beispiel beschrieben.
Vergleichsbeispiel 1 [lichtempfindliches Element und Toner außerhalb der spezifizierten Werte]
Die Proben G1 bis J1 von lichtempfindlichen a-Si-Elementen wurden in einer im Beispiel beschriebenen Art und Weise hergestellt, wobei die Entladungsenergie und das Mischungsverhältnis der Quellengase insbesondere bei Ausbildung der Oberflächenschicht verändert wurden.
Tabelle 21 zeigt die freie Oberflächenenergie (γ[mN/m]) einer jeden Probe.
Die Tabellen 22 und 23 und die 29 und 30 zeigen das Verhalten vor und nach einem Haltbarkeitstest.
Es trat häufig verschmolzener Toner auf, und es wurden häufig abgeplatzte und fehlerhafte Reinigungsblätter bei diesem Vergleichsbeispiel beobachtet, wenn die freie Oberflächenenergie (γ) 65 [mN/m] während des Haltbarkeitstests überstieg.
Im Falle der Proben H1 und J1, deren Änderung (Δγ) der freien Oberflächenenergie 25 [mN/m] während des Haltbar keitstests überstieg, änderten sich die Bedingungen für den Reinigungsvorgang in beträchtlicher Weise, und es mussten die Betriebsbedingungen des Reinigungsblattes einschließlich des Anschlagdrucks in den Endstadien des Haltbarkeitstests verändert werden.
Vergleichsbeispiel 2
Es wurden OPCs (Organische lichtempfindliche Elemente) G2 bis I2 bei diesem Vergleichsbeispiel durch Veränderung der Harzzusammensetzung und der Temperatur sowie von anderen Bedingungen wie in Beispiel 5 hergestellt.
Die Tabellen 24 und 25 und die 31 und 32 zeigen die freie Oberflächenenergie (γ[mN/m]) einer jeden Probe G2 bis I2.
Tabelle 26 zeigt die Beständigkeit des Reinigungsvermögens.
Bei diesem Vergleichsbeispiel wurden kein verschmolzener Toner und keine abgeplatzten Reinigungsblätter durch Vorsprünge und das Verschmelzen des Toners auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes beobachtet, wobei die freie Oberflächenenergie (γ) während des Haltbarkeitstests geringer als 35 [mN/m] war.
Es wurde jedoch festgestellt, daß sich das Volumen des Toners auf der Anschlagseite des Reinigungsblattes und der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes im Haltbarkeitstest in Abhängigkeit von der Betriebsgeschwin digkeit und der ausgewählten Umgebung reduziert hatte, so daß Fehlerphänomene einschließlich feine Grate, abnorme Geräusche und Filmbildung am Reinigungsblatt entstanden. Der Spielraum für die Betriebsbedingungen war daher eingeschränkt.
Des weiteren neigte das lichtempfindliche Element dazu, ungleichmäßig abgescheuert zu werden, so daß örtlich verschmierte Bilder erzeugt wurden.
Im Falle von A2 und I2, wobei Δγ 25 mN/m überschritt, wurde festgestellt, daß sich die Bedingungen für den Reinigungsvorgang einschließlich des Anschlagdrucks des Reinigungsblattes während des Haltbarkeitstests verändert hatten.
Obwohl in den obigen Tabellen ein Anschlagdruck von 15 gf/cm eingesetzt wurde, wurden in gleicher Weise ausgezeichnete Ergebnisse mit anderen Anschlagdrücken durch geeignetes Steuern von γ und Δγ erhalten.
Wie vorstehend im einzelnen ausgeführt wurde, können mit der vorliegenden Erfindung auf wirksame Weise die vorstehend aufgezeigten Probleme einer elektrofotografischen Vorrichtung, insbesondere die einer digitalen elektrofotografischen Vorrichtung, auf wirksame Weise gelöst werden.

1. Die Belastung durch die Reinigung, die zum Trennen des lichtempfindlichen Elementes und der Fremdmaterialien einschließlich des Toners auf der Ober fläche des lichtempfindlichen Elementes erforderlich ist, kann reduziert werden, indem die freie Oberflächenenergie (γ) der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes, die dem Benetzungseffekt der Oberfläche entspricht, beschränkt wird.
2. Wenn die Belastung des lichtempfindlichen Elementes reduziert wird, wird die nutzbare Lebensdauer des lichtempfindlichen Elementes verlängert, insbesondere im Fall eines OPC oder eines lichtempfindlichen Elementes, das eine Oberflächenbeschichtung aus einem Dünnfilm trägt.
3. Wenn die Belastung der Reinigungseinheit einschließlich des Reinigungsblattes reduziert wird, können die regulären Wartungsarbeiten des Reinigungsblattes mit verlängerten Intervallen durchgeführt werden. Dieser Effekt ist besonders vorteilhaft zur Reduzierung der Arbeitskosten und der Kartuschenkosten und führt ferner zu einer Verringerung der Größe der Reinigungsarbeit und somit der Bilderzeugungsvorrichtung selbst.
4. Der Motor zum Antreiben des lichtempfindlichen Elementes kann geringer dimensioniert werden, wodurch Energie gespart wird.
5. Es kann eine gute Bildqualität erreicht werden, so daß der Spielraum in bezug auf eine Verschmelzung unter Verwendung eines lichtempfindlichen Elementes mit guten Temperatureigenschaften ohne Trommelheiz einrichtung erweitert werden kann. Durch die Verwendung eines lichtempfindlichen Elementes ohne Trommelheizeinrichtung wird Energie gespart.

Zusätzlich wurde der unerwartete Effekt einer Verringerung der Erzeugung von Abfalltoner erzielt.
Dies kann darauf zurückzuführen sein, daß durch die Verringerung des Benetzungseffektes des lichtempfindlichen Elementes der restliche Toner reduziert wurde. Somit können die Kartusche und die anderen Komponenten in ihrer Größe weiter reduziert werden.
Des weiteren konnte ein ungleichmäßiges Abschaben bzw. Abkratzen des lichtempfindlichen Elementes vermieden werden.
Dies kann darauf zurückzuführen sein, daß die zwischen dem lichtempfindlichen Element und dem Toner angeordneten Fremdmaterialien einschließlich des Toners besonders wirksam mobilisiert wurden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispiele beschränkt. Diese können modifiziert werden, ohne den Umfang der beigefügten Patentansprüche zu verlassen.
Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 3
Tabelle 4 freie Oberflächenenergie der lichtempfindlichen Elemente (γ)[mN/m]
Tabelle 5 Ergebnis der Haltbarkeitsauswertung
Tabelle 6 Beständigkeit des Reinigungsverhaltens
Tabelle 7
Tabelle 8 freie Oberflächenenergie der lichtempfindlichen Elemente (γ)[mN/m]
Tabelle 9
Tabelle 10 Beständigkeit des Reinigungsverhaltens
Tabelle 11
Tabelle 12 freie Oberflächenenergie der lichtempfindlichen Elemente (γ)[mN/m]
Tabelle 13 Ergebnis der Haltbarkeitsauswertung
Tabelle 14 Beständigkeit des Reinigungsverhaltens
Tabelle 15 freie Oberflächenenergie der lichtempfindlichen Elemente (γ) [mN/m]
Tabelle 16 Ergebnis der Haltbarkeitsauswertung
Tabelle 17 Beständigkeit des Reinigungsverhaltens
Tabelle 18 freie Oberflächenenergie der lichtempfindlichen Elemente (γ) [mN/m]
Tabelle 19 Ergebnis der Haltbarkeitsauswertung
Tabelle 20 Beständigkeit des Reinigungsverhaltens
Tabelle 21 freie Oberflächenenergie der lichtempfindlichen Elemente (γ) [mN/m]
Tabelle 22 Ergebnis der Haltbarkeitsauswertung
Tabelle 23 Beständigkeit des Reinigungsverhaltens
Tabelle 24 freie Oberflächenenergie der lichtempfindlichen Elemente (γ)[mN/m]
Tabelle 25 Ergebnis der Haltbarkeitsauswertung
Tabelle 26 Beständigkeit des Reinigungsverhaltens

Claims

Lichtempfindliches Element (700) für eine Bilderzeugungsvorrichtung, die auf wiederholte Weise ein Bild durch den folgenden Bilderzeugungsprozess mit den folgenden Schritten erzeugen kann: Ausbilden eines latenten Bildes durch elektrostatisches Aufladen des lichtempfindlichen Elementes und Belichten desselben, Ausbilden eines Tonerbildes, Übertragen des Tonerbildes auf ein Transfermedium und Reinigen der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes zur Entfernung von Fremdmaterialien hiervon, dadurch gekennzeichnet, dass die oberste Fläche (704) des lichtempfindlichen Elementes (700) eine Variation der freien Oberflächenenergie (Δγ) im Gebrauch von weniger als 25 mN/m, wobei die freie Oberflächenenergie (γ) des lichtempfindlichen Elementes von der Forkes'schen Extensionstheorie abgeleitet ist, besitzt.
Lichtempfindliches Element nach Anspruch 1, bei dem die Variation der freien Oberflächenenergie (Δγ) im Gebrauch geringer ist als 15 mN/m.
Lichtempfindliches Element nach einem der Ansprüche 1, 2 mit einem elektrisch leitenden Substrat (701); und einem Lichtempfangselement (702) aus einem amorphen Material, das Silicium als Hauptkomponente und Wasserstoffatome und Halogenatome enthält; wobei der spezifische Widerstand der obersten Fläche (704) zwischen 1 × 10¹⁰ und 5 × 10¹⁵ Ω·cm liegt.
Lichtempfindliches Element nach Anspruch 3, bei dem eine Oberlfächenschicht (704) des Lichtempfangselementes (702) mindestens einen Bereich aufweist, der hauptsächlich aus amorphem Siliciumcarbid hergestellt ist.
Lichtempfindliches Element nach Anspruch 3, bei dem eine Oberflächenschicht (704) des Lichtempfangselementes (702) mindestens einen Bereich aufweist, der hauptsächlich aus amorphem Kohlenstoff hergestellt ist.
Lichtempfindliches Element nach Anspruch 5, bei dem der amorphe Kohlenstoff Fluor enthält.
Lichtempfindliches Element nach Anspruch 6, bei dem das Fluor an Kohlenstoffatome gebunden ist.
Lichtempfindliches Element nach einem der Ansprüche 1, 2, das eine photoleitende Schicht (703) aufweist, die hauptsächlich aus einem organischen lichtempfindlichen Material hergestellt ist.
Lichtempfindliches Element nach Anspruch 8, bei dem die oberste Fläche (704) einen Fluor enthaltenden Bereich aufweist.
Lichtempfindliches Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Fremdmaterialien Toner sind.
Lichtempfindliches Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die freie Oberflächenenergie (γ) auf der obersten Fläche (704) des lichtempfindlichen Elementes (700) zwischen 35 und 65 mN/m beträgt.
Lichtempfindliches Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die freie Oberflächenenergie (γ) auf der obersten Fläche (704) des lichtempfindlichen Elementes (700) zwischen 40 und 60 mN/m beträgt.
Bilderzeugungsvorrichtung mit einem lichtempfindlichen Element (101, 700) nach einem der vorangehenden Ansprüche; einer Aufladeeinrichtung (102) zum elektrischen Aufladen der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes; einer Belichtungseinrichtung (103) zur Ausbildung eines latenten Bildes auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes; einer Entwicklungseinrichtung (104) zum Ausbilden eines Tonerbildes entsprechend dem latenten Bild; und einer Reinigungseinrichtung (107) zum Entfernen von überflüssigem Toner von der Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes.