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Diese
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Elektrofotografie und
spezifischer auf ein elektrofotografisches, bildgebendes Bauteil
mit einer verbesserten Trägerschicht.
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Als
fortgeschrittenere, elektrofotografische Kopierer, Kopiermaschinen
und Drucker mit höherer
Geschwindigkeit entwickelt wurden, trat eine Verschlechterung der
Bildqualität
während
des verlängerten
zyklischen Umlaufs auf. Außerdem
verwendeten komplexe, hoch entwickelte Kopier- und Drucksysteme
flexible Fotorezeptorriemen, die bei sehr hohen Geschwindigkeiten
arbeiteten, und diese haben den Fotorezeptoren auch strikte mechanische
Anforderungen und enge Arbeitsgrenzen auferlegt. Zum Beispiel müssen die Schichten
von vielen modernen, mehrschichtigen Fotorezeptorriemen hoch flexibel
sein, gut aneinander haften und innerhalb enger Arbeitsgrenzen vorhersagbare
elektrische Eigenschaften aufweisen, um über viele Tausend Zyklen ausgezeichnete
Tonerbilder bereitzustellen.
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Ein
ermutigender Fortschritt in der elektrofotografischen Bildgebung,
der sich in den letzten Jahren abgezeichnet hat, ist die erfolgreiche
Herstellung eines flexiblen bildgebenden Bauteils, das eine ausgezeichnete kapazitive
Ladungseigenschaft, herausragende Fotoempfindlichkeit, ein geringes
Dunkelabklingen des elektrischen Potentials und eine Langzeitstabilität des elektrischen
Zyklus aufweist. Dieses in Riemenform verwendete bildgebende Bauteil
umfasst üblicher
Weise ein Trägermaterial,
eine leitfähige
Schicht, eine lösungsbeschichtete
Loch-blockierende Schicht, eine lösungsbeschichtete Klebeschicht,
eine dünne
ladungserzeugende Schicht, die ein durch Sublimation aufgetragenes,
organisches Perylen- oder Phthalocyaninpigment oder eine Dispersion
aus einem dieser Pigmente in einem ausgewählten Harzbindemittel umfasst,
eine lösungsbeschichtete
Ladungstransportschicht, eine lösungsbeschichtete
anti-Wellenschicht („anti-curl-layer") und eine optionale Überzugsschicht.
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Mehrschichtige
Fotorezeptoren, die ladungserzeugende Schichten enthalten, die entweder
durch Vakuumsublimation aufgebrachtes, reines organisches Pigment
oder eine organische Pigmentdispersion aus Perylen oder Phthalocyanin
in einem Film-bildenden Bindemittel umfassen, zeigen Eigenschaften,
die gegenüber Fotorezeptor-Gegenstücken, welche
eine Dispersion von trigonalem Selen in der ladungserzeugenden Schicht
enthalten, überlegen
sind. Unglücklicherweise
wurde festgestellt, dass diese mehrschichtigen Perylen- Fotorezeptoren ein
ernsthaftes Problem mit ladungsdefizitären Punkten entwickeln, insbesondere
die Dispersion von Perylenpigment in der Matrix eines Polycarbonatfilm-bildenden Bindemittels
vom Bisphenol-Z-Typ. Der Ausdruck „ladungsdefizitäre Punkte", wie er hierin verwendet
wird, ist als örtlich
begrenzte Bereiche mit Dunkelabklingen definiert, die als tonerdefizitäre Punkte
erscheinen, wenn die Entwicklung mit geladener Flächenentwicklung
verwendet wird, zum Beispiel das Erscheinen von kleinen weißen Punkten
mit einer durchschnittlichen Größe zwischen
0,2 und 0,3 Millimeter auf einem schwarzen Tonerhintergrund auf
einem abgebildeten Ausdruck. In Systemen mit Entwicklung der entladenen
Flächen
erscheinen die ladungsdefizitären Punkte
in den ausgedruckten Kopien als kleine schwarze Tonerpunkte auf
einem weißen
Hintergrund. Außerdem
wurde beobachtet, dass mehrschichtige Benzimidazol-Perylen-Fotorezeptoren
sich nach Beschichten und Trocknen wellen. Ein gewellter Fotorezeptor
kann nicht gleichförmig
elektrostatisch geladen werden, weil unterschiedliche Teile der
Fotorezeptoroberfläche
sich in unterschiedlichen Entfernungen von aufladenden Vorrichtungen
wie Corotronen und Scorotronen befinden. Auch beeinflusst ein gewellter
Fotorezeptor die Bildentwicklung und den Bildtransfer nachteilig.
Außerdem
kann eine aufwärts
gewellte Kante eines Fotorezeptors, der entlang einer Kante einen
Erdungsstreifen trägt,
eine aufladende Vorrichtung in elektrofotografischen, bildgebenden
Maschinen kurzschließen.
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Typischer
Weise werden flexible Fotorezeptorriemen hergestellt, indem verschiedene
Schichten aus fotoaktiven Beschichtungen auf lange Bahnen aufgebracht
werden, die danach zu Platten geschnitten werden. Die gegenüberliegenden
Enden von jeder Fotorezeptor-Platte werden übereinander gelegt und durch
Ultraschall zusammengeschweißt,
um einen bildgebenden Riemen zu bilden. Wenn herkömmliche
Fotorezeptor-Trägermaterialien
wie Polyethylenterephthalat-Bahnen beschichtet und getrocknet werden,
zeigt die resultierende, getrocknete Fotorezeptorbahn üblicher
Weise eine ausgeprägte
Wölbung,
die die Gleichförmigkeit im
Umlauf der geschweißten
Riemen nachteilig beeinflusst, insbesondere bei großen geschweißten Riemen für elektrofotografische
Kopiergeräte
und Drucker mit hohem Volumen und hoher Geschwindigkeit.
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In
der hergestellten Riemenform neigt die Schweißnaht des Fotorezeptors dazu, übermäßig über den Rest
der äußeren Oberfläche des
Fotorezeptors hinauszuragen. Dieses Hinausragen ist unerwünscht, weil
es mit den Reinigungsklingen und anderen eng gedrängten Teilsystemen,
die um den Weg der Bahn herum angeordnet sind, kollidiert. Kollisionen
nutzen die Reinigungsklingen rasch ab und können Vibrationen verursachen,
die die Entwicklung und Positionierung von Tonerbildern, insbesondere
in farbbildgebenden Geräten, nachteilig beeinflussen.
Außerdem
neigen einige Fotorezeptorriemen dazu, sich während des zyklischen Umlaufens
um die Trägerwalzen
zu dehnen, während
andere dazu neigen zu schrumpfen, und wenigstens eine der Walzen
ist gefedert, um die Riemenspannung aufrecht zu erhalten. Die Neigung
von einigen Fotorezeptoren beim zyklischen Umlauf zu schrumpfen,
wird unter Bedingungen mit hoher Betriebstemperatur verstärkt, wie
bei bildgebenden Systemen, die ein Merkmal zum schnellem Ausdruck
der ersten Kopie aufweisen, wobei die Fixiertemperatur drastisch
erhöht
wird, um die kürzeren
Fixierzeiten zu erreichen, die für
einen schnelleren Ausdruck der ersten Kopie benötigt werden. Wenn ein Fotorezeptorriemen,
der ein Polyethylenterephthalat-Trägermaterial enthält, unter
hohe Riemenspannung gesetzt wird, um das Glätten des Riemens zu erleichtern,
beschädigt
ferner die hohe Spannung, vor allem bei hohen Betriebstemperaturen,
die Ladungstransportschicht des Fotorezeptors. Wenn der Riemen sich
dehnt oder schrumpft, ändert
sich die relative Positionierung für unterschiedliche Abschnitte
des Riemens wie der Schweißnaht
und den Bereichen für
die Bildgebung. Solche relativen Positionsänderungen sind schwierig nachzuverfolgen
und benötigen
komplexe, hoch entwickelte und teure Detektions- und Zeitsteuerungsausrüstung.
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Fotoleiterriemen,
die Polyethylenterephthalat-Trägermaterialien
enthalten, neigen auch dazu, unter Betriebsbedingungen mit hoher
Feuchtigkeit Wasser zu absorbieren. Die Absorption von Wasser verursacht eine
unerwünschte Änderung
der elektrischen Eigenschaften des Fotorezeptors und kann ihn quellen
lassen. Fotoleiterriemen, die Polyethylenterephthalatträgermaterialien
enthalten, weisen auch aufgrund von Belastung-Ungleichgewicht in
dem beschichteten Bauteil ein welliges Oberflächenmuster auf der ungeschützten Oberfläche der
Ladungstransportschicht auf. Dieses wellige Muster ist wegen der
ungleichmäßigen Aufladung des
Fotorezeptors, des unvollständigen
Transfers von Tonerbildern und der Bildung von dunklen und hellen Mustern
unerwünscht.
Fotoriemen, die Polyethylenterephthalat-Trägermaterialien
enthalten, bilden im Riemen während
des zyklischen Umlaufens Wellen von niedriger Frequenz aus. Diese
Wellen neigen dazu, Spitzen und Täler zu haben, die in der Längsachse
des Riemens laufen und daher parallel zu den Kanten des Riemens sind.
Die Anwesenheit von Wellen reduziert merklich die Qualität des Aufladens,
der Belichtung und des endgültigen
Tonerbildes.
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Versuche,
alternative Materialien als Trägermaterialschicht
in elektrofotografischen, bildgebenden Riemen zu verwenden, stießen auf
Schwierigkeiten. Zum Beispiel können
Trägermaterialien,
die Polyetheramid oder Polyvinylidenfluorid (Kynar) umfassen, nicht
leicht verschweißt
werden und sind daher als Fotorezeptorträgermaterialien weniger wünschenswert.
Trägermaterialien
für Riemen
aus Polyethersulfon (PES) werden durch Lösungsmittel wie Methylenchlorid-Lösungsmittel,
die in den aufgetragenen Beschichtungsschichten verwendet werden,
nachteilig beeinflusst.
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Daher
besteht ein anhaltender Bedarf nach verbesserten Fotorezeptoren,
die Abwesenheit von ladungsdefizienten Punkten aufweisen und die
widerstandsfähiger
gegen Einrollen, Dehnen, Wölbungsbildung und
Abweichung der Konizität
sind.
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US
A 4,026,703 von Hayashi et al., veröffentlicht am 31. Mai 1997 – Es wird
ein elektrophotografischer Fotorezeptor zur Herstellung eines elektrostatischen,
latenten Bildes auf dessen Deckschicht offenbart, der von unten
nach oben:
- a) ein Trägermaterial
- b) eine Schicht aus metallischem Palladium mit einer Dicke von
0,5–10
nm (5 Å bis
1.000 Å).
- c) eine Schicht, die glasartiges Selen mit einer Dicke von 0,05–3 Mikrometer
(0,05–3
Mikron) enthält
und
- d) eine Deckschicht, die ein durch eine spezielle Formel dargestelltes
Polyvinylcarbazol enthält,
umfasst.
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Zahlreiche
spezifische Trägermaterialien
werden offenbart, einschließlich
zum Beispiel Polyethylennaphthalat.
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US
A 5,114,818 bezieht sich auf eine elektrostatografische, bildgebende
Vorrichtung, die ein organisches, elektrostatografisches, bildgebendes
Bauteil mit wenigstens einer bogenförmigen Oberfläche, eine Heizfixierrolle
und einen dünnen
Hitzeschild umfasst, der ein festes Polymerträgermaterial mit einer Tg von ungefähr 100°C umfasst, das mit einer dünnen hitzereflektierenden,
metallischen Schicht beschichtet ist, die zwischen besagter Fixierwalze
und der benachbarten bogenförmigen
Oberfläche
eingefügt
ist, wobei besagte metallische Schicht des besagten Schildes konzentrisch
zu besagter Fixierwalze ist und dieser gegenüberliegt. Weiterhin umfasst
ein flexibler Fotorezeptorriemen eine oder mehrere fotoleitfähige Schichten
auf einem flexiblen Trägermaterial
wie einem Polyethylenterephthalatpolyester. Polyethylennaphthalat
wird in einer Liste von geeigneten Polymeren in einer Ausführungsform
erwähnt.
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US
A 5,709,765 offenbart ein elektrofotografisches, bildgebendes Bauteil,
das eine Trägerschicht
mit einer Tg zwischen 100°C und 140°C, eine elektrisch
leitfähige Masseplattenschicht,
eine Loch-blockierende Schicht, eine optionale Klebeschicht, eine
ladungserzeugende Schicht und eine Lochtransportschicht umfasst. Ein
geeignetes Material für
das Trägermaterial
ist Polyethylennaphthalat.
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Es
war das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes elektrofotografisches
Bauteil bereit zu stellen, das während
des Beschichtens und während
des zyklischen Bildumlaufens eine erhöhte Flachheit zeigt, das einen
größeren Widerstand
gegen Dehnung oder Verwindung aufweist, das flachere Schweißnähte hat,
das weniger Wölbung
aufweist, das nach dem Schmelzen zu einem Riemen eine einheitlichere
Konizität zeigt,
das einen größeren Widerstand
gegen die Ausbildung von ladungsdefizitären Punkten aufweist, das stabilere
elektrische Eigenschaften unter Betriebsbedingungen mit hoher Feuchtigkeit
aufweist, das beständig
gegen Schrumpfen ist, das unter Trockenbedingungen bei hoher Temperatur
einer Deformation widersteht und das Beschichtungen aufweist, die
in der Dicke einheitlicher sind.
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Die
vorangehenden und andere Ziele werden in Übereinstimmung mit dieser Erfindung
erreicht, indem ein elektrofotografisches, bildgebendes Bauteil,
wie in Anspruch 1 beansprucht, bereitgestellt wird.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen
dargelegt.
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Dieser
Fotorezeptor wird in einem elektrofotografischen, bildgebenden Verfahren
verwendet.
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Das
Fotorezeptorträgermaterial
besteht aus Polyethylennaphthalat. Das Polyethylennaphthalat-Trägermaterial
ist gegenüber
sichtbarem Licht transparent. Dieses Trägermaterial blockiert auch
die Transmission von ultravioletter Strahlung mit einer Wellenlänge von
weniger als 380 Nanometern, welches Löschlampen, wie fluoreszierenden
Löschlampen,
entspringt, wodurch Schaden an der Ladungstransportschicht des Fotorezeptors
und an den ladungserzeugenden Schichten, die UV-empfindliche Materialien
wie Vanadylphthalocyanin enthalten, verhindert wird. Das Polyethylennaphthalat-Trägermaterial
sollte auch eine Dicke zwischen 75 Mikrometern (3 mil) und 125 Mikrometern
(5 mil) aufweisen. Eine Dicke zwischen 87,5 Mikrometern (3,5 mil) und
112,5 Mikrometern (4,5 mil) ist bevorzugt. Optimale Ergebnisse werden
mit einer Polyethylennaphthalat-Trägermaterialschichtdicke von
ungefähr
90 Mikrometern (3,5 mil) erzielt. Wenn die Dicke weniger als 75 Mikrometer
beträgt,
werden die Welligkeit und die Wellen aufgrund von Druck- und Ladungsungleichförmigkeiten
inakzeptabel. Zum Beispiel bildet ein Polyethylennaphthalat-Trägermaterial überraschender
Weise bei weniger als 75 Mikrometern (3 mil) Dicke einen Fotorezeptor,
der ein frühes Lebensende
aufweist, wobei an diesem Punkt die Ladungstransportschicht zu zerbrechen
beginnt. Wenn die Dicke größer als
125 Mikrometer ist, zerbricht die Ladungstransport-schicht während des
zyklischen Bildumlaufens. Daher ist es überraschend, dass einige Polyethylennaphthalat-Trägermaterialien
bei einer kritischen Dicke überlegene
Eigenschaften im Vergleich mit anderen Polyethylennaphthalat-Materialien
bei unterschiedlichen Dicken zur Verfügung stellen. Das Polyethylennaphthalat
in dem Trägermaterial
sollte im Wesentlichen frei von irgendwelchen Oligomeren sein. Der
Begriff „Oligomere", wie er hierin verwendet
wird, ist als Monomereinheiten wie zum Beispiel Dimere, Trimere,
Tetramere und ähnliche
in einem Polymer definiert. Der Ausdruck „im Wesentlichen frei", wie er hierin verwendet
wird, ist als das Vorhandensein einer Menge von weniger als 0,5
Gewichtsprozent, basierend auf dem gesamten Gewicht an Polyethylennaphthalat
in dem Trägermaterial,
definiert. Polyethylenterephthalat enthält üblicher Weise einen Oligomergehalt
von 1,5 Gewichtsprozent, basierend auf dem gesamten Gewicht an Polyethylenterephthalat
in dem Trägermaterial.
Wenn die Menge an Oligomeren in der Trägermaterialschicht übermäßig wird,
führen
die Oligomere zu Beschichtungsdefekten in den nachfolgend aufgetragenen Fotorezeptorschichten.
Zum Beispiel können
Oligomere auf Walzen in Beschichtungsapplikatoren akkumulieren und
Flecken auf der Ladungstransportschicht und Sprenkelungen auf der
Stützwalze
der ladungserzeugenden Schicht erzeugen. Die Oligomere können auch
in Beschichtungstrocknern akkumulieren und auf frisch beschichtete
Bahnen durch Beschichtervibration entfernt werden. Um die Polyethylennaphthalat-Trägermaterialschicht
auszubilden, sollten keine überschüssigen Reaktanden
verwendet werden. Im Allgemeinen werden überschüssige Reaktanden verwendet,
um Polyethylenterephthalat-Trägermaterialschichten
auszubilden, so dass nicht reagiertes Oligomermaterial in den Polyethylenterephthalat-Trägermaterialschichten
vorhanden ist. Das in den Fotorezeptoren dieser Erfindung verwendete
Polyethylennaphthalat sollte eine Glasübergangstemperatur zwischen
100°C und
140°C aufweisen.
Außerdem
sollte das Polyethylennaphthalat bei 130°C weniger als 0,22% dehnen oder
schrumpfen und eine Sauerstoffdurchlässigkeit von weniger als 12,8
cm3 pro Quadratmeter pro Tag bei einer Dicke
von 25 Mikrometern (1 mil) aufweisen. Anders als das Polyethylennaphthalat-Trägermaterial
dieser Erfindung zeigt Polyethylenterephthalat eine Sauerstoffdurchlässigkeit
von ungefähr 52,3
cm3 pro Quadratmeter pro Tag bei einer Dicke
von 25 Mikrometern (1 mil). Das in den Fotorezeptoren dieser Erfindung
verwendete Polyethylennaphthalat sollte auch einen Elastizitätsmodul
zwischen 4,5 × 109 Pa und 6,9 × 109 Pa
aufweisen. Polyethylennaphthalat mit den oben genannten Eigenschaften
ist kommerziell erhältlich,
zum Beispiel Kaladex 2000, erhältlich
von ICI Films oder E. I. Du Pont De Nemours & Co. Inc.. Das Trägermaterial kann jede geeignete
Form haben, wie zum Beispiel eine biegsame Bahn, Platte, Riemen
und ähnliches.
Vorzugsweise hat die endgültige
beschichtete Trägermaterialschicht
die Gestalt eines endlosen, flexiblen Riemens. Versuche, andere
Materialien als Trägermaterialschicht
in einem elektrofotografischen, bildgebenden Riemen zu verwenden,
stießen
auf Schwierigkeiten. Zum Beispiel können Trägermaterialien, die Polyetheramid
oder Polyvinylidenfluorid (z. B. Kynar) umfassen, nicht leicht verschweißt werden,
und sind daher für
Fotorezeptorträgermaterialien
weniger erwünscht.
Trägermaterialien
für Riemen
aus Polyethersulfon werden durch Lösungsmittel wie Methylenchlorid-Lösungsmittel,
die in den aufgetragenen Beschichtungsschichten verwendet werden,
nachteilig beeinflusst.
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Die
Titan- und optionalen Zirkoniumschichten können durch jede geeignete Beschichtungstechnik
wie Vakuumbedampfen gebildet werden. Typische Vakuumbedampfungstechniken
umfassen Zerstäuben
(„sputtem"), Magnetfeldröhrenzerstäuben, Hochfrequenzzerstäuben und ähnliches.
Magnetfeldröhrenzerstäuben von
Titan oder Zirkonium auf ein Trägermaterial
kann mit einem Zerstäubungsmodul
vom herkömmlichen
Typ unter Vakuumbedingungen in einer inerten Atmosphäre wie Argon,
Neon oder Stickstoff durchgeführt
werden, wobei ein hochreines Titan- oder Zirkoniumziel verwendet
wird. Die Vakuumbedingungen sind nicht besonders kritisch. Im Allgemeinen
kann ein kontinuierlicher Titan- oder Zirkoniumfilm auf einem geeigneten
Trägermaterial,
zum Beispiel einer Polyesterträgerbahn
wie Mylar, erhältlich
von E. I. Du Pont de Nemours & Co.
Inc., mit Magnetfeldröhrenzerstäuben erreicht
werden. Es sollte davon ausgegangen werden, dass die Bedingungen der
Vakuumbedampfung alle variiert werden können, um die gewünschten
Titan- oder Zirkoniumdicken zu erzielen.
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Die
leitfähige
Schicht umfasst vorzugsweise eine Vielzahl von Metallschichten,
wobei die äußerste Metallschicht
(d. h. die Schicht, die der ladungsblockierenden Schicht am nächsten ist)
wenigstens 50 Gewichtsprozent Zirkonium umfasst. Für noch bessere
Ergebnisse sind wenigstens 70 Gewichtsprozent Zirkonium in der äußersten
Metallschicht bevorzugt. Die mehrfachen Schichten können zum
Beispiel alle durch Vakuumbedampfen aufgetragen sein, oder eine
dünne Schicht
kann über
eine dicke Schicht durch Vakuumbedampfen aufgebracht werden, die
mit einem anderen Verfahren wie Gießen hergestellt wurde. Zur
Veranschaulichung kann daher eine Zirkoniummetallschicht in einem
anderen Gerät
als demjenigen ausgebildet werden, das dazu verwendet wurde, um
zuvor eine Titanmetallschicht aufzubringen, oder mehrfache Schichten
können
im selben Gerät
mit geeigneten Trennwänden
zwischen der zur Aufbringung der Titanschicht verwendeten Kammer und
der zur Aufbringung der Zirkoniumschicht verwendeten Kammer aufgebracht
werden. Die Titanschicht kann unmittelbar vor der Aufbringung der
Zirkoniummetallschicht aufgebracht werden. Im Allgemeinen ist bei rückwärtiger Löschungsexposition
(„rear
erase exposure")
eine Lichtdurchlässigkeit
der leitfähigen
Schicht von wenigstens 15% wünschenswert.
Die kombinierte Dicke von einer zweifach geschichteten, leitfähigen Schicht sollte
zwischen 10–30
nm (100 und 300 Angstrom) liegen. Eine typische, leitfähige Zirkonium/Titan-Doppelschicht weist
eine gesamte kombinierte Dicke von 20 nm (200 Angström) auf.
Obwohl dickere Schichten verwendet werden können, können ökonomische Überlegungen und Überlegungen
zur Transparenz die gewählte Dicke
beeinflussen.
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Unabhängig von
der Technik, die verwendet wird, um die Titan- oder Zirkoniumschicht
auszubilden, bildet sich eine dünne
Schicht von Titan- oder Zirkoniumoxid auf der äußeren Oberfläche des
Metalls bei Lufteinwirkung. Wenn andere Schichten, die auf der Ziriconiumschicht
aufliegen, als „benachbarte" Schichten bezeichnet
werden, ist es daher beabsichtigt, dass diese aufliegenden, benachbarten
Schichten tatsächlich
mit einer dünnen
Titan- oder Zirkoniumoxidschicht in Kontakt stehen, die sich auf
der äußeren Oberfläche der
Metallschicht ausgebildet hat. Masseplatten, die Zirkonium umfassen,
neigen dazu, während
des xerografischen zyklischen Umlaufens aufgrund von Anodisieren,
das durch die Passage von elektrischen Strömen verursacht wird, kontinuierlich
zu oxidieren, und das Vorhandensein dieser Oxidschicht neigt dazu,
das Niveau an ladungsdefizienten Punkten beim xerografischen zyklischen
Umtaufen herabzusetzen. Im Allgemeinen ist eine Zirkoniumschichtdicke
von wenigstens 6 nm (60 Angström)
wünschenswert,
um während
des xerografischen zyklischen Umlaufens eine optimale Widerstandsfähigkeit
gegen ladungsdefiziente Punkte aufrecht zu erhalten. Eine typische
elektrische Leitfähigkeit
für leitfähige Schichten
für elektrofotografische,
bildgebende Bauteile in Kopierern von langsamer Geschwindigkeit
beträgt
102–103 Ohm/Quadrat.
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Nach
Auftragung von wenigstens einer Titanmetallschicht wird darauf eine
lochblockierende Schicht aufgetragen. Im Allgemeinen erlauben elektronenblockierende
Schichten bei positiv geladenen Fotorezeptoren den fotogenerierten
Löchern
in der ladungserzeugenden Schicht auf der Oberseite des Fotorezeptors
zur Ladungs(Loch)transportschicht unterhalb zu wandern und die leitfähige Schicht
am Boden während
der elektrofotografischen, bildgebenden Verfahren zu erreichen.
Daher wird normalerweise nicht davon ausgegangen, dass eine elektronenblockierende
Schicht in positiv geladenen Fotorezeptoren wie Fotorezeptoren,
die mit einer ladungserzeugenden Schicht oberhalb einer Ladungs(Loch)transportschicht
beschichtet sind, Löcher
blockiert. Bei negativ geladenen Fotorezeptoren kann jede geeignete
lochblockierende Schicht verwendet werden, die in der Lage ist,
eine elektronische Barriere gegen Löcher zwischen der benachbarten
fotoleitfähigen Schicht
und der darunter liegenden Zirkonium- oder Titanschicht auszubilden.
Eine lochblockierende Schicht kann jedes geeignete Material umfassen.
Typische lochblockierende Schichten, die für die negativ geladenen Fotorezeptoren
verwendet werden, können
zum Beispiel Polyamide wie Luckamide, Hydroxyalkylmethacrylate,
Nylons, Gelatine, Hydroxylalkylzellulose, Organopolyphosphazine,
Organosilane, Organotitanate, Organozirkonate, Siliziumoxide, Zirkoniumoxide
und ähnliche
enthalten. Vorzugsweise umfasst die lochblockierende Schicht stickstoffhaltige
Siloxane. Typische stickstoffhaltige Siloxane werden aus Beschichtungslösungen hergestellt,
die ein hydrolysiertes Silan enthalten. Typische hydrolysierbare
Silane umfassen 3-Aminopropyltriethoxysilan, (N,N'-dimethyl-3-amino)-propyltriethoxysilan,
N,N-dimethylaminophenyltriethoxysilan, N-phenylaminopropyltrimethoxysilan,
Trimethoxysilylpropyldiethylentriamin und deren Mischungen.
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Während der
Hydrolyse der oben beschriebenen Aminosilane werden die Alkoxygruppen
durch Hydroxylgruppen ersetzt. Eine besonders bevorzugte blockierende
Schicht umfasst ein Reaktionsprodukt zwischen einem hydrolysierten
Silan und der Zirkonium- und/oder Titanoxidschicht, die sich von
Natur aus auf der Oberfläche
der Metallschicht ausbildet, wenn sie nach dem Aufbringen der Luft
ausgesetzt wird. Diese Kombination reduziert Punkte bei der Zeit
Null und stellt elektrische Stabilität bei niedriger RH bereit.
Das bildgebende Bauteil wird dadurch hergestellt, dass eine Beschichtung
aus einer wässrigen
Lösung
des hydrolysierten Silans bei einem pH zwischen 4 und 10 auf die
Zirkonium- und/oder Titanoxidschicht aufgebracht wird, die Reaktionsproduktschicht
getrocknet wird, um einen Siloxanfilm auszubilden, und dass elektrisch
arbeitende Schichten wie eine fotogenerierende Schicht und eine
Lochtransportschicht auf den Siloxanfilm aufgebracht werden.
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Die
blockierende Schicht kann durch jedes geeignete, herkömmliche
Verfahren wie Sprühen,
Tauchbeschichtung, Zugstangenbeschichtung („draw bar coating"), Tiefdruckbeschichtung,
Siebdruck, Luftmesserstreichverfahren, Umkehrbeschichtung, Vakuumbedampfen,
chemische Behandlung und ähnliches
aufgetragen werden. Zur Erleichterung des Erhaltens dünner Schichten
werden die blockierenden Schichten vorzugsweise in Form einer verdünnten Lösung aufgetragen,
wobei das Lösungsmittel
nach dem Auftragen der Beschichtung durch herkömmliche Verfahren wie Vakuum,
Heizen und ähnliche
entfernt wird. Dieses Siloxanbeschichten wird in US A 4,464,450
bis L. A. Teuscher beschrieben. Nach dem Trocknen enthält der Film
aus dem Siloxanreaktionsprodukt, der aus dem hydrolysierten Silan
gebildet wurde, größere Moleküle. Das
Reaktionsprodukt des hydrolysierten Silans kann linear, teilweise
quervernetzt, ein Dimer, ein Trimer und ähnliches sein.
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Die
blockierende Siloxanschicht sollte kontinuierlich sein und eine
Dicke von weniger als 0,5 Mikrometer aufweisen, denn größere Dicken
können
zu unerwünscht
hoher Restspannung führen.
Eine blockierende Schicht von zwischen 0,005 Mikrometern und 0,3
Mikrometern (50 Angström
bis 3.000 Angström)
ist bevorzugt, denn die Ladungsneutralisierung nach dem Belichtungsschritt
wird erleichtert und ein optimales elektrisches Betriebsverhalten
wird erreicht. Eine Dicke zwischen 0,03 Mikrometern und 0,06 Mikrometern
für Zirkonium- und/oder Titanoxidschichten
ist aufgrund des optimalen elektrischen Verhaltens und aufgrund
des reduzierten Auftretens und Wachstums von ladungsdefizienten
Punkten bevorzugt.
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Die
Klebeschicht wird auf die ladungsblockierende Schicht aufgebracht.
Die Klebeschicht kann jedes geeignete Film-bildende Polymer umfassen.
Typische Klebeschichtmaterialien umfassen zum Beispiel Kopolyesterharze,
Polyarylate, Polyurethane, Mischungen von Harzen und ähnliches.
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Ein
bevorzugtes Kopolyesterharz ist ein lineares gesättigtes, Kopolyesteneaktionsprodukt
von 4 Disäuren
und Ethylenglycol. Die molekulare Struktur dieses linearen, gesättigten
Kopolyesters, bei dem das Molverhältnis von Disäure zu Ethylenglycol
in dem Kopolyester 1 1 beträgt.
Die Disäuren
sind Terephthalsäure, Isophthalsäure, Adipinsäure und
Azelainsäure.
Das Molverhältnis
von Terephthalsäure
zu Isophthalsäure
zu Adipinsäure
zu Azelainsäure
beträgt
4 : 4 : 1 : 1. Ein repräsentativer
Adhäsionsbeförderer aus
einem linearen, gesättigten
Kopolyester mit dieser Struktur ist kommerziell erhältlich als
Mor-Ester 49.000 (erhältlich
von Morton International Inc., zuvor erhältlich von duPont de Nemours & Co.). Der Mor-Ester
49.000 ist ein linearer, gesättigter
Kopolyester, der aus alternierenden Monomereinheiten von Ethylenglycol
und vier zufällig
aufeinander folgenden Disäuren
in dem oben angegebenen Verhältnis
besteht und ein gewichtsdurchschnittliches Molekulargewicht von
ungefähr
70.000 aufweist. Dieser lineare, gesättigte Kopolyester hat eine
Tg von 32°C. Ein
anderes bevorzugtes repräsentatives
Polyesterharz ist ein Kopolyesterharz, das sich von einer Disäure ableitet,
die ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus Terephthalsäure, Isophthalsäure und
deren Mischungen, und von Diol, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend
aus Ethylenglycol, 2,2-Dimethylpropan und deren Mischungen; wobei
das Verhältnis
von Disäure
zu Diol 1 : 1 beträgt,
und worin die Tg des Kopolyesterharzes zwischen
50°C und
80°C beträgt. Typische
Polyesterharze sind kommerziell erhältlich und umfassen zum Beispiel
Vitel PE-100, Vitel PE-200, Vitel PE-200D und Vitel PE-222, alle
erhältlich
von Goodyear Tire and Rubber Co..
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Ein
anderes Polyesterharz ist Vitel PE-200, erhältlich von Goodyear Tire and
Rubber Co.. Dieses Polyesterharz ist ein linearer, gesättigter
Kopolyester von zwei Disäuren
und zwei Diolen, wo das Verhältnis
von Disäure
zu Diol in dem Kopolyester 1 : 1 beträgt. Die Disäuren sind Terephthalsäure und
Isophthalsäure.
Das Verhältnis
von Terephthalsäure
zu Isophthalsäure
beträgt
1,2 : 1. Die zwei Diole sind Ethylenglycol und 2,2-Dimethylpropandiol.
Das Verhältnis
von Ethylenglycol zu Dimethylpropandiol beträgt 1,33 : 1. Der lineare, gesättigte Kopolyester
PE-200 von Goodyear besteht aus zufällig alternierenden Monomereinheiten
der zwei Disäuren
und der zwei Diole in dem oben angegebenen Verhältnis und weist ein gewichtsdurchschnittliches
Molekulargewicht von ungefähr
45.000 und eine Tg von 67°C auf.
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Alternativ
kann die Grenzflächenklebschicht
Polyarylat (ARDEL D-100, erhältlich
von Amoco Performance Products, Inc.), Polyurethan oder eine Polymermischung
dieser Polymere mit einem Carbazolpolymer umfassen. Klebeschichten
sind gut bekannt und werden zum Beispiel in US-A 5,571,649, US-A
5,591,554, US-A 5,576,130, US-A 5,571,648, US-A 5,571,647 und US-A
5,643,702 beschrieben.
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Jedes
geeignete Lösungsmittel
kann verwendet werden, um eine Klebeschichtbeschichtungslösung zu
bilden. Typische Lösungsmittel
umfassen Tetrahydrofuran, Toluol, Hexan, Cyclohexan, Cyclohexanon,
Methylenchlorid, 1,1,2-Trichlorethan,
Monochlorbenzol und ähnliche
und deren Mischungen. Jedes geeignete Verfahren kann verwendet werden,
um die Klebschichtbeschichtung aufzutragen. Typische Beschichtungsverfahren
umfassen Extrusionsbeschichtung, Gravurstreichen, Sprühbeschichten,
Beschichten mit drahtgewickeltem Stab („wire wound bar coating") und ähnliche.
Die Klebeschicht sollte kontinuierlich sein. Zufriedenstellende
Ergebnisse werden erzielt, wenn die Klebeschicht eine Dicke zwischen
0,03 Mikrometer und 2 Mikrometern nach dem Trocknen aufweist. Vorzugsweise
beträgt
die getrocknete Dicke zwischen 0,05 Mikrometer und 1 Mikrometer.
-
Die
ladungserzeugende Schicht des Fotorezeptors dieser Erfindung umfasst
jeden geeigneten fotoleitfähigen
Partikel, der in einem Film-bildenden Bindemittel dispergiert ist.
Typische fotoleitfähige
Partikel umfassen zum Beispiel Phthalocyanine wie metallfreies Phthalocyanin,
Kupferphthalocyanin, Titanylphthalocyanin, Hydroxygalliumphthalocyanin,
Vanydylphthalocyanin und ähnliche,
Perylene wie Benimidazolperylen, trigonales Selen, Chinacridone,
substituierte 2,4-Diaminotriazine, mehrkernige aromatische Chinone
und ähnliche.
Besonders bevorzugte fotoleitfähige
Partikel umfassen Hydroxygalliumphthalocyanin, Benzimidazolperylen
und trigonales Selen.
-
Typische
Perylenpigmentpartikel umfassen zum Beispiel Perylene, die durch
die folgenden cis- und trans-Strukturen und deren Mischungen dargestellt
werden:
worin
X o-Phenylen, Pyridimediyl, Pyrimidindiyl, Phenanthrendiyl, Naphthalendiyl
und die entsprechenden Methyl-, Nitro-, Chlor- und Methoch-substituierten
Derivate darstellt.
-
Es
ist bevorzugt, dass das Perylenpigment Benzimidazolperylen ist,
welches auch als Bis(benzimidazol) bezeichnet wird. Dieses Pigment
existiert in der cis- und trans-Form und in Mischungen dieser Formen. Die
cis-Form wird auch als Bis-benzimidazo(2,1-a-1',1'-b)anthra(2,1,9-def:6,5,10-d'e'f)diisochinolin-6,11-dion bezeichnet.
Die trans-Form wird auch als Bisbenzimidazo(2,1-a-1',1'-b)anthra(2,1,9-def:6,5,10-1'e'f)diisochinolin-10,21-dion bezeichnet.
Die cis-Form kann durch die folgende Strukturformel dargestellt
werden:
-
-
Die
trans-Form kann durch die folgende Strukturformel dargestellt werden:
-
-
Das
Benzimidazolperylen-Pigment kann dadurch hergestellt werden, dass
Perylen-3,4,9,10-Tetracarbonsäuredianhydrid
mit 1,2-Phenylen umgesetzt wird.
-
Benzimidazolperylen
wird zu feinen Partikeln mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von weniger als
einem Mikrometer zermahlen und in einem bevorzugten Polycarbonatfilm-bildenden Bindemittel
aus Poly(4,4'-diphenyl-1,1'-cyclohexancarbonat)
dispergiert. Optimale Ergebnisse werden mit einer Pigmentpartikelgröße zwischen
0,2 Mikrometer und 0,3 Mikrometer erzielt. Benzimidazolperylen wird
in US A 5,019,473 und US A 4,587,189 beschrieben.
-
Jedes
geeignete Film-bildende Bindemittelmaterial kann in der ladungserzeugenden
Schicht verwendet werden. Typische organische Harzbindemittel umfassen
zum Beispiel Polyvinylbutaryl, Polycarbonate, Acrylatpolymere, Vinylpolymere,
Zellulosepolymere, Polyester, Polysiloxane, Polyamide, Polyurethane,
Epoxide und ähnliche.
Viele Film-bildende Bindemittel werden zum Beispiel in US-A 3,121,006
und US-A 4,439,507 offenbart. Die fotogenerierenden Partikel sind
in der Film-bildenden Bindemittelzusammensetzung in unterschiedlichen
Mengen vorhanden. Bevorzugte Film-bildende Polymere umfassen Poly(4,4'-diphenyl-1,1'-cyclohexancarbonat)
und Polystyrol/Polyvinylpyridenkopolymere.
-
Polystyrol/Vinylpyriden-Kopolymere
umfassen zum Beispiel AB-Blockkopolymere aus Polystyrol/Poly-4-vinylpyriden
mit einem gewichtsdurchschnittlichen Molekulargewicht von 7.000–80.000
und mehr bevorzugt von 10.500–40.000
und worin der prozentuale Anteil von Vinylpyriden von 5–55 beträgt und vorzugsweise von
9–20 beträgt. Blockkopolymere
aus Polystyrol/Polyvinylpyriden sind im Stand der Technik bekannt
und zum Beispiel in US A 5,384,223, US A 5,484,223 und US A 5,571,649
beschrieben. Die elektrische Haltbarkeit wird drastisch durch die
Verwendung von Bindemitteln erhöht,
die Poly(4,4'-diphenyl-1,1'-cyclohexancarbonat)-Filme ausbilden.
Poly(4,4'-diphenyl-1,1'-cyclohexancarbonat)
hat sich wiederholende Einheiten, die in der folgenden Strukturformel
dargestellt sind:
![Figure 00140001](https://patentimages.storage.googleapis.com/23/e0/fb/8a4ef277651837/00140001.png)
worin „S" in der Strukturformel Sättigung
darstellt. Vorzugsweise weist das Film-bildende Polycarbonatbindemittel
für die
ladungserzeugende Schicht ein gewichtsdurchschnittliches Molekulargewicht
zwischen 20.000 und 140.000 auf. Zufriedenstellende Ergebnisse können erzielt
werden, wenn die getrocknete ladungserzeugende Schicht zwischen
20 Volumenprozent und 90 Volumenprozent Benzimidazolperylen enthält, das
in Poly(4,4'-diphenyl-1,1'-cyclohexancarbonat)
dispergiert ist, basierend auf dem gesamten Volumen der getrockneten
ladungserzeugenden Schicht. Vorzugsweise ist das Perylen-Pigment
in einer Menge zwischen 30 Volumenprozent und 80 Volumenprozent
vorhanden. Optimale Ergebnisse werden mit einer Menge zwischen 35 Volumenprozent
und 45 Volumenprozent erzielt. Poly(4,4'-diphenyl-1,1'-cyclohexancarbonat) erlaubt eine Verringerung
in der Perylenpigmentbeladung ohne einen außergewöhnlichen Verlust in der Fotosensibilität.
-
Jedes
geeignete Lösungsmittel
kann verwendet werden, um das Film-bildende Bindemittel zu lösen. Typische
Lösungsmittel
umfassen zum Beispiel Tetrahydrofuran, Toluol, Methylenchlorid und ähnliche.
Tetrahydrofuran ist bevorzugt, denn es zeigt keine erkennbaren nachteiligen
Effekte in der Xerografie und es hat einen optimalen Siedepunkt,
um ein angemessenes Trocknen der erzeugenden Schicht während eines
typischen Schlitzbeschichtungsverfahrens zu ermöglichen. Beschichtungsdispersionen
für die
ladungserzeugende Schicht können
durch jedes geeignete Verfahren gebildet werden, wobei zum Beispiel
Attritoren, Kugelmühlen,
Dynomühlen,
Farbrüttler,
Homogenisatoren, Mikroverflüssiger
und Ähnliche
verwendet werden.
-
Es
kann jedes geeignete Trocknungsverfahren verwendet werden, um die
aufgetragenen Beschichtungen zu verfestigen und zu trocknen. Typische
Trocknungsverfahren umfassen Ofentrocknen, Zwangslufttrocknen, Trocknen
mit Infrarotbestrahlung und Ähnliches.
-
Zufriedenstellende
Ergebnisse können
mit einer trockenen Dicke der ladungserzeugenden Schicht zwischen
0,3 Mikrometer und 3 Mikrometer erreicht werden. Vorzugsweise hat
die ladungserzeugende Schicht eine trockene Dicke zwischen 1,1 Mikrometer
und 2 Mikrometer.
-
Jede
geeignete Ladungstransportschicht kann verwendet werden. Die aktive
Ladungstransportschicht kann jedes geeignete transparente, organische
Polymer aus nicht-polymerem Material umfassen, das dazu in der Lage
ist, die Injektion von fotogenerierten Löchern und Elektronen aus der
ladungserzeugenden Schicht zu unterstützen und den Transport dieser
Löcher
oder Elektronen durch die organische Schicht zu ermöglichen,
um selektiv die Oberflächenladung
zu entladen. Die Ladungstransportschicht in Verbindung mit der ladungserzeugenden
Schicht in der vorliegenden Erfindung ist ein Material, das bis
zu dem Ausmaß ein
Isolator ist, dass eine elektrostatische Ladung, die auf der Transportschicht
platziert wird, in der Abwesenheit von Beleuchtung nicht geleitet
wird. Daher ist die aktive Ladungstransportschicht ein im wesentlichen,
nicht-fotoleitfähiges
Material, das die Injektion von fotogenerierten Löchern aus
der erzeugenden Schicht unterstützt.
-
Eine
besonders bevorzugte Transportschicht, die in einer der zwei elektrisch
arbeitenden Schichten in dem Mehrschichten-Fotoleiter dieser Erfindung
verwendet wird, umfasst von 25–75
Gewichtsprozent von wenigstens einer ladungstransportierenden, aromatischen
Aminverbindung, und 75–25
Gewichtsprozent eines Polymerfilm-bildenden Harzes, in dem das aromatische
Amin löslich
ist. Eine getrocknete Ladungstransportschicht ist bevorzugt, die
zwischen 40 Gewichtsprozent und 50 Gewichtsprozent des kleinen Ladungstransportmoleküls, basierend
auf dem Gesamtgewicht der getrockneten Ladungstransportschicht enthält.
-
Die
Mischung, die die Ladungstransportschicht ausbildet, umfasst vorzugsweise
eine aromatische Aminverbindung. Am meisten bevorzugt umfasst die
Ladungstransportschicht ein kleines Arylamin-Molekül, das in
einem Polycarbonat gelöst
oder molekular dispergiert ist. Typische aromatische Aminverbindungen
umfassen Triphenylamine, Bis- und Polytrianlamine, Bisarylaminether,
Bisalkylarylamine und ähnliche.
-
Beispiele
für ladungstransportierende,
aromatische Amine für
Ladungstransportschichten, die in der Lage sind, die Injektion von
fotogenerierten Löchern
aus einer ladungserzeugenden Schicht zu unterstützen und die Löcher durch
die Ladungstransportschicht zu transportieren, umfassen zum Beispiel
Triphenylmethan, Bis(4-diethylamin-2-methylphenyl)phenylmethan;
4'-4''-Bis(diethylamino)-2',2''-dimethyltriphenylmethan, N,N'-bis(alkylphenyl)-[1,1'-biphenyl]-4,4'-diamin, worin das Alkyl zum Beispiel
Methyl, Ethyl, Propyl, n-Butyl etc. ist, N,N'-diphenyl-N,N'-bis(chlorphenyl)-[1,1'-biphenyl]-4,4'-diamin, N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3''-methylphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamin und ähnliche,
dispergiert in einem inaktiven Harzbindemittel.
-
Jedes
geeignete inaktive Harzbindemittel, das in Methylenchlorid oder
in einem anderen geeigneten Lösungsmittel
löslich
ist, kann in dem Verfahren dieser Erfindung verwendet werden. Typische
inaktive Harzbindemittel, die in Methylenchlorid löslich sind,
umfassen Polycarbonatharz, Polyvinylcarbazol, Polyester, Polyarylat,
Polyacrylat, Polyether, Polysulfon und ähnliche. Die gewichtsdurchschnittlichen
Molekulargewichte können
von 20.000 bis 1.500.000 variieren.
-
Die
bevorzugten, elektrisch inaktiven Harzmaterialien sind Polycarbonatharze
mit einem Molekulargewicht von 20.000 bis 120.000, mehr bevorzugt
von 50.000 bis 100.000. Die Materialien, die am meisten als das elektrisch
inaktive Harzmaterial bevorzugt sind, sind Poly(4,4'-dipropyliden-diphenylencarbonat)
mit einem Molekulargewicht von 35.000 bis 40.000, erhältlich als
Lexan 145 von General Electric Company; Poly(4,4'-isopropyliden-diphenylencarbonat) mit einem Molekulargewicht
von 40.000 bis 45.000, erhältlich
als Lexan 141 von General Electric Company; ein Polycarbonatharz
mit einem Molekulargewicht von 50.000 bis 100.000, erhältlich als
Makrolon von Farbenfabriken Bayer AG; ein Polycarbonatharz mit einem
Molekulargewicht von 20.000 bis 50.000, erhältlich als Merlon von Mobay
Chemical Company; und Poly(4,4'-diphenyl-1,1'-cyclohexancarbonat,
erhältlich
als PCZ-200 von Mitsubishi Gas Chemical.
-
Beispiele
von fotoempfindlichen Bauteilen mit wenigstens zwei elektrisch arbeitenden
Schichten, die eine ladungserzeugende Schicht und eine Diamin-haltige
Transportschicht umfassen, sind in US A 4,265,990, US A 4,233,384,
US A 4,306,008, US A 4,299,897 und US A 4,439,507 offenbart.
-
Es
kann jedes geeignete und herkömmliche
Verfahren verwendet werden, um die Ladungstransportschicht-Beschichtungsmischung
anzumischen und danach auf die ladungserzeugende Schicht aufzutragen. Typische
Auftragungsverfahren umfassen Sprühen, Tauchbeschichten, Walzenstreichen,
Beschichten mit drahtgewickeltem Stab („wire wound rod coating") und Ähnliche.
Das Trocknen der aufgetragenen Beschichtung kann durch jedes geeignete,
herkömmliche
Verfahren wie Ofentrocknen, Trocknen mit Infrarotbestrahlung, Lufttrocknen
und Ähnlichem
durchgeführt
werden. Beschichtete Fotorezeptoren, die Polyethylennaphthalat-Trägermaterialien
enthalten, können
bei einer höheren
Trockentemperatur getrocknet werden als beschichtete Fotorezeptoren,
die Polyethylenterephthalat-Trägermaterialien
enthalten. Die Verwendung von höheren
Trockentemperaturen, um die fotoleitfähigen Schichten, vor allem
die Ladungstransportschicht, zu trocknen, reduziert die Belastung
im Fotorezeptor und begünstigt
einen flacheren Fotorezeptor, der gegen Wellenbildung resistent
ist. Fotorezeptorriemen, die Polyethylenterephthalat-Trägermaterialien
enthalten, neigen dazu, sich während
der Hochtemperaturvorgänge
zur Trocknung der Beschichtung zu deformieren. Dies beeinflusst
die Wölbung
der beschichteten Bahn und die Konizität des endgültigen, geschweißten Fotorezeptorriemens.
Jedoch können
beschichtete Fotorezeptorbahnen, die Polyethylennaphthalat-Trägermaterialien
enthalten, bei viel höheren
Temperaturen getrocknet werden, als beschichtete Fotorezeptorbahnen,
die Polyethylenterephthalat-Trägermaterialien
enthalten. Üblicher
Weise werden Beschichtungen, die auf Fotorezeptorbahnen aufgetragen
werden, welche Polyethylenterephthalat-Trägermaterialien enthalten, bei
einer Temperatur von ungefähr
135°C getrocknet.
Sogar wenn Bedingungen zum Trocknen der Beschichtung mit höherer Temperatur
verwendet werden, zeigen daher Fotorezeptoren, die Polyethylennaphthalat-Trägermaterialien
enthalten, keine erkennbare Deformation, wodurch Wölbungs-
und Konizitätsprobleme
aufgrund von Schrumpfen an einer Kante der beschichteten Bahn verglichen
mit der operativen Kante vermieden werden. Zum Beispiel zeigte sich
bei Messungen des Schrumpfens von Polyethylennaphthalat und Polyethylenterephthalat
bei Fotorezeptortrockentemperaturen von 135°C eine vierfache Verbesserung
im Schrumpfen und eine vierfache Reduktion in der Wölbung. Im
Allgemeinen beträgt
die Dicke der Transportschicht zwischen 5 Mikrometern und 100 Mikrometern,
aber Dicken außerhalb
dieses Bereichs können
auch verwendet werden. Eine trockene Dicke zwischen 18 Mikrometern
und 35 Mikrometern ist bevorzugt, wobei optimale Ergebnisse bei
einer Dicke zwischen 24 Mikrometern und 29 Mikrometern erzielt werden.
-
Obwohl
eine Ladungstransportschicht, die auf einem Fotorezeptor mit einer
Polyethylenterephthalat-Trägermaterialschicht
ausgebildet ist, eine äußere Oberfläche hat,
die einem Wellenmuster ähnelt,
ist überraschender
Weise die Größe der Wellen
auf der äußeren Oberfläche einer
Ladungstransportschicht, die auf ein Polyethylennaphthalat-Trägermaterial
aufgetragen ist, viel niedriger als diejenige bei Auftragung auf
ein Polyethylenterephthalat-Trägermaterial.
Der Berg-zu-Tal-Abstand („peak
to valley distance")
von Wellen auf der Oberfläche
einer Ladungstransportschicht, die auf eine ladungserzeugende auf
einem Polyethylenterephthalat-Trägermaterial
mit einer Dicke von 76 Mikrometern (3 mil) aufgetragen wurde, beträgt 300 Mikrometer bis
600 Mikrometer. Der in einer zur Oberfläche des Trägermaterials senkrechten Richtung
gemessene Berg-zu-Tal-Abstand von Wellen auf der Oberfläche einer
Ladungstransportschicht, die auf eine ladungserzeugende Schicht
auf einem Polyethylennaphthalat-Trägermaterial mit einer Dicke
von 90 Mikrometern (3,5 mil) aufgetragen ist, beträgt nur 30–150 Mikrometer.
Der Berg-zu-Tal-Abstand auf der äußeren Oberfläche einer Ladungstransportschicht
in einem Fotorezeptor, der eine Polyethylennaphthalat-Trägermaterialschicht
mit einer Dicke von 76 Mikrometer (3 mils) enthält, beträgt 100 Mikrometer bis 250 Mikrometer.
Folglich ist das Wellenmuster auf der äußeren Oberfläche eines
Fotorezeptors dieser Erfindung wesentlich niedriger in seiner Amplitude.
-
Andere
Schichten wie herkömmliche
Erdungsstreifen, die zum Beispiel auf einem Filmbildenden Bindemittel
aufgelegte leitfähige
Partikel umfassen, können
auf einer Kante des Fotorezeptors in Kontakt mit der Zirkonium-
und/oder Titanschicht, der blockierenden Schicht, der Klebeschicht
oder der ladungserzeugenden Schicht aufgetragen werden.
-
Optional
kann auch eine Überzugsschicht
verwendet werden, um die Beständigkeit
gegen Abnutzung zu verbessern. In einigen Fällen kann eine rückseitige
Beschichtung auf die dem Fotorezeptor gegenüberliegende Seite aufgebracht
werden, um für
Flachheit und/oder Unempfindlichkeit gegen Abnutzung zu sorgen. Diese Überzugs-
und rückseitigen
Beschichtungsschichten können
organische Polymere oder anorganische Polymere umfassen, die elektrisch
isolierend oder leicht halbleitend sind.
-
Im
Allgemeinen wird der Fotorezeptor dadurch hergestellt, dass Beschichtungen
auf ein Trägermaterial
in Bahnform aufgebracht und die resultierende, beschichtete Bahn
in Platten geschnitten wird. Die gegenüberliegenden Enden der Folie
werden danach durch jedes geeignete Verfahren wie durch Ultraschallschweißen verbunden.
Falls gewünscht
kann das Verbinden durch andere Verfahren wie mit Klebstoffen, Bändern und ähnlichem
bewerkstelligt werden. Diese Verbindungsverfahren sind im Stand
der Technik wohl bekannt. Ein typisches Schweißverfahren ist in US A 4,878,985
beschrieben. Der geschweißte
Riemen kann optional behandelt werden, um die Belastung in dem Nahtbereich
abzubauen. Der Belastungsabbau kann dadurch bewerkstelligt werden,
dass der Nahtbereich des Riemens auf eine Temperatur oberhalb der
Glasübergangstemperatur
aufgeheizt wird, während
die Nahtregion des Riemens über
einen Träger
mit einer bogenförmigen Oberfläche gebogen
wird. Nach dem Aufheizen wird die Naht auf Raumtemperatur abgekühlt, während sie weiter über den
Träger
gebogen ist. Da die anfängliche
rechtwinklige Gestalt des Riemens dieser Erfindung im wesentlichen
unangetastet gelassen wird und weil Wölbungsbildung während des
Beschichtens, des Trocknens und der Schweißvorgänge vermieden wird, kann die
Konizität
des Riemens genau vorhergesagt werden. Daher können elektrofotografische,
bildgebenden Riemen dieser Erfindung mit einem Unterschied in ihrer
Konizität
hergestellt werden, der signifikant niedriger ist als bei Riemen,
die mit Polyethylenterephthalat-Trägermaterialien hergestellt
wurden. Der Riemen dieser Erfindung kann in elektrofotografische,
bildgebenden Kopierer, Drucker und Kopiergeräte ohne irgendwelche größeren Anpassungen
zur Kompensation von großen Unterschieden
in der Konizität
von einer Kante des Riemens zur anderen Kante eingespannt werden.
So wurde zum Beispiel ein Riemen dieser Erfindung aus einem Polyethylennaphthalat-Trägermaterial
mit einer Dicke von 87,5 Mikrometer (3,5 mil) in einem elektrofotografischen,
bildgebenden System. mit mehr als 600.000 elektrofotografischen,
bildgebenden zyklischen Umläufen
elektrofotografisch umlaufen gelassen.
-
Einige
der erzielten, verbesserten mechanischen Eigenschaften umfassen
gesteigerte Flachheit, einen höheren
Elastizitätsmodul,
der Dehnung oder Verformung widersteht, und flacherer Schweißnähte. So liegt
der Riemen zum Beispiel flacher auf, wenn er von Unterstützerstangen
(„backer
bars") gehalten
wird. Außerdem
weisen große
Abschnitte einer beschichteten Bahn weniger Wölbung auf, so dass es eine
einheitlichere Konizität
gibt (d. h.. einen einheitlicheren Kreisumfang über die Breite der Bahn), nachdem
der Bereich geschnitten und die gegenüberliegenden Enden zusammengeschweißt werden.
Die Kombination von Schichten in dem Fotorezeptor dieser Erfindung
kann eine Flachheit erreichen, die so groß wie oder niedriger als 300 Mikrometer
ist. Das Messverfahren zur Messung dieser Flachheit wird unten in
Beispiel VI beschrieben. Außerdem
beträgt
das Schrumpfen des bildgebenden Bauteils des Fotorezeptors dieser
Erfindung weniger als 0,5% in der Maschinenrichtung, wenn es für 30 Minuten
einer Temperatur von 130°C
ausgesetzt wird. Der Ausdruck „Maschinenrichtung", wie er hierin verwendet
wird, ist als eine Richtung definiert, die parallel zur Bewegung
des Fotorezeptors während
des xerografischen, bildgebenden, zyklischen Umlaufens ist.
-
Es
wurde festgestellt, dass, wenn ein Polyethylennaphthalat als Trägermaterial
verwendet wird, der Fotorezeptorriemen flacher aufliegt und die
Dicke der fotoleitfähigen
Schichten auf dem Riemen gleichförmiger ist.
Es wird angenommen, dass die Anwesenheit von weniger Oligomeren
in dem Polyethylennaphthalat-Trägermaterial
dieser Erfindung zu weniger Defekten in den aufgetragenen fotoleitfähigen Beschichtungen
führt, woraus
eine Verringerung der Defekte resultiert. Fotorezeptorriemen, die
Polyethylenterephthalat-Trägermaterialien
enthalten, neigen dazu, sich während
der Hochtemperaturvorgänge
zur Trocknung der Beschichtung zu verformen. Dies beeinflusst die
Wölbung
der beschichteten Bahn und die Konizität des endgültigen, geschweißten Fotorezeptorriemens
nachteilig. Jedoch können
beschichtete Fotorezeptorbahnen, die Polyethylennaphthalat-Trägermaterialien
enthalten, bei viel höheren
Temperaturen getrocknet werden als beschichtete Fotorezeptorbahnen,
die Polyethylenterephthalat-Trägermaterialien
enthalten. Sogar wenn Bedingungen mit höherer Temperatur zur Trocknung
der Beschichtung verwendet werden, zeigen daher Fotorezeptoren,
die Polyethylennaphthalat-Trägermaterialien
enthalten, keine erkennbare Verformung, wodurch Wölbungs-
und Konizitätsprobleme
aufgrund von Schrumpfen an einer Kante der beschichteten Bahn verglichen
mit der gegenüberliegenden
Kante vermieden werden. Außerdem
ist mit einem 75–125
Mikrometer (3–5
mil) dicken Polyethylennaphthalat-Trägermaterial die mechanische
Haltbarkeit verbessert. Zusätzlich
wird weniger Leistung benötigt,
um eine Schweißnaht
mit akzeptablen mechanischen Eigenschaften zu erhalten. Weiterhin
können
die Fotorezeptoren dieser Erfindung mit Polyethylennaphthalat-Trägermaterial
in elektrofotografischen, bildgebenden Systemen verwendet werden,
die eine Hochtemperaturumgebung erzeugen, wie bildgebende Systeme,
die das Merkmal des schnellen Ausdrucks der ersten Kopie („rapid
first copy out feature")
haben, wo die Fixiertemperatur drastisch erhöht ist, um die kürzeren Fixierzeiten
zu erreichen, die für
einen schnelleren Ausdruck der ersten Kopie benötigt werden. Im Allgemeinen
wird eine hohe Riemenspannung benötigt, um das Glätten eines
Fotorezeptorriemens zu unterstützen,
der Polyethylenterephthalat-Trägermaterialien
enthält. Diese
hohen Spannungen, insbesondere bei hohen Temperaturen, beschädigen die
Ladungstransportschicht des Fotorezeptors. Da weniger Spannung für einen
Fotorezeptor dieser Erfindung, der Polyethylennaphthalat-Trägermaterialien
enthält,
benötigt
wird, um einen flachen Riemen zu erzielen und da solche niedrigeren Spannungen
die Wahrscheinlichkeit von Überdehnen
verringern, ist die Ladungstransportschicht widerstandsfähiger gegenüber Schaden.
Weil die Fotorezeptorriemen dieser Erfindung, die Polyethylennaphthalat-Trägermaterialien
enthalten, flacher sind, sind ferner die Beschichtungen darauf gleichförmiger,
das Aufbringen von elektrostatischer Ladung ist gleichförmiger und
das endgültige
Bild ist gleichförmiger.
Außerdem
zeigen die Beschichtungen auf einem Polyethylennaphthalat-Trägermaterial
dieser Erfindung weniger Oberflächendefekte. Mit
den Fotorezeptoren dieser Erfindung, die Polyethylennaphthalat-Trägermaterialien
enthalten, tritt daher eine vollständigere Entwicklung des elektrostatischen,
latenten Bildes und ein vollständigerer
Transfer des aufgetragenen Tonerbildes auf. Außerdem war es unerwartet, dass
die wellenartige Eigenschaft der äußeren Oberfläche der
Ladungstransportschicht, die auf ein Polyethylennaphthalat-Trägermaterial
dieser Erfindung aufgebracht wurde, viel niedriger ist als diejenige
bei Auftragung auf ein Polyethylenterephthalat-Trägermaterial.
Anders als Riemen aus Polyethylenterephthalat-Trägermaterial widerstehen die
Riemen dieser Erfindung aus Polyethylennaphthalat-Trägermaterial
Schrumpfung und Dehnung unter Betriebsbedingungen mit hoher Spannung
und hoher Temperatur.
-
Vergleichsbeispiel I
-
Ein
Polyethylenterephthalat-Trägermaterial
(Melinex, erhältlich
von ICI Americas Inc.) mit einer Dicke von 76 Mikrometer wurde durch
Zerstäuben
(„sputtem") mit einer Titanschicht
mit einer Dicke von ungefähr
10 nm (100 Angström)
vakuumbedampft. Ohne das Vakuum aufzuheben, wurde die Titanschicht
durch Zerstäuben
mit einer Zirkoniummetallschicht mit einer Dicke von ungefähr 10 nm
(100 Angström)
beschichtet. Die ungeschützte
Zirkoniumoberfläche
wurde durch Sauerstoffexposition in der umgebenden Atmosphäre oxidiert. Eine
lochblockierende Schicht aus Siloxan wurde dadurch hergestellt,
dass eine 0,22%-ige (0,001 Mol) Lösung von 3-Aminopropyltriethoxylsilan
auf die oxidierte Oberfläche
der Zirkoniumschicht mit einem Tiefdruck-Applikator aufgebracht
wurde. Die aufgetragene Beschichtung wurde bei 135°C in einem
Zwangsluftofen zur Ausbildung einer Schicht mit einer Dicke von
12 nm (120 Angström)
getrocknet. Eine Beschichtung aus Polyesterharz (duPont 49.000,
erhältlich
von I. I. DuPont de Nemours & Co.)
wurde auf die Siloxanbeschichtete Grundplatte mit einem Tiefdruck-Applikator
aufgetragen. Das Polyesterharz wurde zur Ausbildung eines Films
mit einer Dicke von ungefähr
0,05 Mikrometern getrocknet. Eine aufgeschlämmte Beschichtungslösung von
40 Volumenprozent Benzimidazolperylen und 60 Volumenprozent Poly(4,4'-diphenyl-1,1'-cyclohexancarbonat (PCZ-200,
erhältlich
von Mitsubishi Gas Chem.), dispergiert in Tetrahydrofuran, wurde
auf die Polyesterbeschichtung extrvsionsbeschichtet, um eine Schicht
mit einer nassen Dicke von ungefähr
26 Mikrometern auszubilden. Das beschichtete Bauteil wurde bei 135°C in einem
Zwangsluftofen zur Ausbildung einer Schicht mit einer Dicke von
ungefähr
1 Mikrometer getrocknet. Eine Ladungstransportschicht wurde auf
dieser ladungserzeugenden Schicht dadurch ausgebildet, dass eine
60 : 40 Mischung nach Gewicht von Makrolon, einem Polycarbonatharz
mit einem Molekulargewicht von ungefähr 50.000 bis ungefähr 100.000,
erhältlich
von Farbenfabriken Bayer AG, und von N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-[1,1'-biphenyl)-4,4'-diamin, in Methylenchlorid
zum Erhalt einer 15 gewichtsprozentigen Lösung gelöst, aufgebracht wurde. Die
Komponenten wurden auf die erzeugende Schicht extrusionsbeschichtet
und bei einer Temperatur von ungefähr 135°C getrocknet, um eine 24 Mikrometer
dicke, trockene Schicht aus lochtransportierendem Material auszubilden.
Eine Erdungsstreifenbeschichtung und eine rückseitige anti-Einrollbeschichtung
wurden auch aufgetragen. Dieser Fotorezeptor wurde dann geschnitten
und durch herkömmliches
Ultraschallschweißen
verschweißt,
um einen fortlaufenden Riemen auszubilden. Der Riemen war 353 mm
breit und 836 mm im Umfang.
-
BEISPIEL II
-
Ein
fotoleitfähiges,
bildgebendes Bauteil wurde hergestellt wie im Vergleichsbeispiel
I beschrieben, außer
dass die Bahn aus Titan- und Zirkonium-beschichtetem Polyethylenterephthalat-Trägermaterial
(Melinex, erhältlich
von ICI Americas Inc.) mit einer Dicke von 76 Mikrometern durch
eine Bahn aus Titan- und Zirkonium-beschichtetem Polyethylennaphthalat-Trägermaterial
(Kaladex, erhältlich
von ICI Films) mit einer Dicke von 76 Mikrometern ersetzt wurde.
Das Polyethylennaphthalat-Trägermaterial
war im wesentlichen frei von irgendwelchen Oligomeren, hatte eine
Glasübergangstemperatur
von ungefähr
110°C und
hatte einen Elastizitätsmodul
von 6 × 109 Pa (871.000 Pfund pro Quadratzoll).
-
BEISPIEL III
-
Ein
fotoleitfähiges,
bildgebendes Bauteil wurde hergestellt wie im Vergleichsbeispiel
I beschrieben, außer
dass die Bahn aus Titan- und Zirkonium-beschichtetem Polyethylenterephthalat-Trägermaterial
(Melinex, erhältlich
von ICI Americas Inc.) mit einer Dicke von 76 Mikrometern durch
eine Bahn aus Titan- und Zirkonium-beschichtetem Polyethylennaphthalat-Trägermaterial
(Kaladex, erhältlich
von ICI Films) mit einer Dicke von 90 Mikrometern ersetzt wurde.
Das Polyethylennaphthalat-Trägermaterial
war im wesentlichen frei von irgendwelchen Oligomeren, hatte eine
Glasübergangstemperatur
von ungefähr
110°C und
hatte einen Elastizitätsmodul
von 6 × 109 Pa (871.000 Pfund pro Quadratzoll).
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BEISPIEL IV
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Ein
fotoleitfähiges,
bildgebendes Bauteil wurde hergestellt wie im Vergleichsbeispiel
I beschrieben, außer
dass die Bahn aus Titan- und Zirkonium-beschichtetem Polyethylenterephthalat-Trägermaterial
(Melinex, erhältlich
von ICI Americas Inc.) mit einer Dicke von 76 Mikrometern durch
eine Bahn aus Titan- und Zirkonium-beschichtetem Polyethylennaphthalat-Trägermaterial
(Kaladex, erhältlich
von ICI Films) mit einer Dicke von 100 Mikrometern ersetzt wurde.
Das Polyethylennaphthalat-Trägermaterial
war im wesentlichen frei von irgendwelchen Oligomeren, hatte eine
Glasübergangstemperatur
von ungefähr
110°C und
hatte einen Elastizitätsmodul
von 6 × 109 Pa (871.000 Pfund pro Quadratzoll).
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BEISPIEL V
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Ein
fotoleitfähiges,
bildgebendes Bauteil wurde hergestellt wie im Vergleichsbeispiel
1 beschrieben, außer
dass die Bahn aus Titan- und Ziriconium-beschichtetem Polyethylenterephthalat-Trägermaterial
(Melinex, erhältlich
von ICI Americas Inc.) mit einer Dicke von 76 Mikrometern durch
eine Bahn aus Titan- und Zirkonium-beschichtetem Polyethylennaphthalat-Trägermaterial
(Kaladex, erhältlich
von ICI Films) mit einer Dicke von 125 Mikrometern ersetzt wurde.
Das Polyethylennaphthalat-Trägermaterial
war im wesentlichen frei von irgendwelchen Oligomeren, hatte eine
Glasübergangstemperatur
von ungefähr
110°C und
hatte einen Elastizitätsmodul
von 6 × 109 Pa (871.000 Pfund pro Quadratzoll).
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BEISPIEL VI
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Die
mechanischen Flachheitseigenschaften der fotoleitfähigen, bildgebenden
Bauteile der Beispiele I–V
wurden untersucht, indem die Vorrichtungen in einer mechanischen
Dreiwalzenspannvorrichtung eingespannt wurden, die aus zwei Walzen
mit 25 mm Durchmesser, die mit einem Abstand der Mittelpunkte von
63 mm angebracht waren, und aus einer dritten Walze von 30 mm Durchmesser
bestand, die in einer gefederten Halterung angebracht war, die senkrecht
zu der Linie, die die Mittelpunkte der ersten beiden Walzen verbindet, und
mitten zwischen diesen Walzen orientiert war. Die dritte Rolle hielt
eine Riemenspannung von 192,6 Newton pro Meter aufrecht. Die Flachheit
wurde untersucht, indem ein Lasertriangulationssensor (Keyence LC-2440,
erhältlich
von der Keyence Corporation of America) entlang einer Linie auf
halben Wege zwischen den zwei Walzen von 25 Millimetern Durchmesser
mechanisch abtastete. Die Spitze-zu-Spitze-Variation in der Oberflächenposition
für die
in Beispiel I beschriebene Vorrichtung betrug ungefähr 500 Mikrometer,
die Spitze-zu-Spitze-Variation in der Oberflächenposition für die in
Beispiel II beschriebene Vorrichtung betrug ungefähr 300 Mikrometer,
die Spitze-zu-Spitze-Variation in der Oberflächenposition für die in
Beispiel III beschriebene Vorrichtung betrug ungefähr 100 Mikrometer
und die Spitze-zu-Spitze-Variation in der Oberflächenposition für die in
den Beispielen IV und V beschriebenen Vorrichtungen betrugen weniger
als 100 Mikrometer. Alle mit dem Polyethylennaphthalat hergestellten
Muster zeigten Flachheitseigenschaften, die gegenüber den
in Beispiel I beobachteten überlegen
sind.
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BEISPIEL VII
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Ein
fotoleitfähiges,
bildgebendes Bauteil wurde hergestellt wie in Beispiel I beschrieben,
mit der Ausnahme, dass die Größe des Probenstücks 2.500
mm im Umfang und 414 mm in der Breite betrug.
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BEISPIEL VIII
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Ein
fotoleitfähiges,
bildgebendes Bauteil wurde hergestellt wie in Beispiel II beschrieben,
mit der Ausnahme, dass die Größe des Probenstücks 2.500
mm im Umfang und 414 mm in der Breite betrug.
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BEISPIEL IX
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Ein
fotoleitfähiges,
bildgebendes Bauteil wurde hergestellt wie in Beispiel IV beschrieben,
mit der Ausnahme, dass die Größe des Probenstücks 2.500
mm im Umfang und 414 mm in der Breite betrug.
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BEISPIEL X
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Ein
fotoleitfähiges,
bildgebendes Bauteil wurde hergestellt wie in Beispiel V beschrieben,
mit der Ausnahme, dass die Größe des Probenstücks 2.500
mm im Umfang und 414 mm in der Breite betrug.
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BEISPIEL XI
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Die
in den Beispielen VII bis X hergestellten Vorrichtungen wurden auf
einer Messlehre für
den Umfang gemessen, um den tatsächlichen
Riemenumfang zu bestimmen. Jedes Probenstück wurde zur Zeit der Herstellung,
16 Tage später
und 50 Tage später
gemessen, um das Ausmaß des
Schrumpfens zu bestimmen. Beispiel VII, das Polyethylenterephthalat-Bezugsmaterial, schrumpfte
in 16 Tagen 1,2 mm und in 50 Tagen um 1,8 mm. Beispiel VIII schrumpfte
in 16 Tagen um 0,8 mm und in 50 Tagen um 0,9 mm. Beispiel IX schrumpfte
in 16 Tagen um 0,8 mm und in 50 Tagen um 0,9 mm. Beispiel X schrumpfte
in 16 Tagen um 0,6 mm und in 50 Tagen um 0,7 mm. Die Polyethylennaphthalat-Teststücke in diesem
Test zeigten ungefähr
das halbe Ausmaß an
Schrumpfung des Polyethylenterephthalat-Bezugsmaterials.
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BEISPIEL XII
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Die
in den Beispielen I, II, IV und V hergestellten Vorrichtungen mit
836 mm Umfang wurden auf einer Messlehre für den Umfang zur Zeit der Herstellung
und 44 Tage später
gemessen, um das Ausmaß des Schrumpfens
zu bestimmen. Beispiel I schrumpfte 0,7 mm, Beispiel II schrumpfte
0,4 mm, Beispiel IV schrumpfte 0,3 mm und Beispiel V schrumpfte
um 0,25 mm.