DE69931865T2

DE69931865T2 - Bilderzeugungsgerät

Info

Publication number: DE69931865T2
Application number: DE69931865T
Authority: DE
Inventors: c/o Canon Kabushiki Kaisha Masaya Kawada; c/o Canon Kabushiki Kaisha Toshiyuki Ehara; c/o Canon Kabushiki Kaisha Harumi Ishiyama
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2019-09-23
Also published as: JP2000098846A; US6272301B1; EP0989470A2; JP3302326B2; EP0989470B1; EP0989470A3; DE69931865D1

Description

FACHGEBIET DER ERFINDUNG UND VERWANDTER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bilderzeugungsgerät gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Form eines zur elektrophotographischen oder elektrostatischen Aufzeichnung dienenden Kopiergeräts, Druckers o.dgl. und insbesondere ein Bilderzeugungsgerät, bei dem ein Schritt angewendet wird, bei dem sowohl Reinigung als auch Aufladung bewirkt wird.
Ein herkömmliches Bilderzeugungsgerät, bei dem von der Elektrophotographie Gebrauch gemacht wird, ist im Wesentlichen in seiner Mitte mit einem als Bildträgerelement dienenden drehbaren elektrophotographischen lichtempfindlichen Element, das beispielsweise die Form einer Trommel hat, ausgestattet, und die Oberfläche des elektrophotographischen lichtempfindlichen Elements wird durch eine Aufladeeinrichtung gleichmäßig aufgeladen. Danach wird die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements mit einem zur bildmäßigen Zeilenabtastung dienenden Laserstrahl belichtet, so dass an der Oberfläche in Übereinstimmung mit Bildsignalen ein elektrostatisches Latentbild erzeugt wird. Das elektrostatische Latentbild wird mit der Drehung des lichtempfindlichen Elements bei einer Entwicklungsstation, wo die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements einer Entwicklungseinrichtung gegenüberliegt, sichtbar gemacht, so dass auf dem lichtempfindlichen Element ein Tonerbild erzeugt wird. Danach wird das Tonerbild durch eine Übertragungseinrichtung elektrostatisch auf ein Übertragungs(bildempfangs)material übertragen, und das Tonerbild wird mit einer Fixiereinrichtung durch Wärme und Druck fixiert, so dass auf dem Übertragungs(bildempfangs)material ein dauerhaftes Bild erzeugt wird. An einer vorgegebenen Stelle ist eine Reinigungseinrichtung zur Entfernung des nicht übertragenen Toners von dem lichtempfindlichen Element nach der Bildübertragung angeordnet, so dass die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements gereinigt wird, und das lichtempfindliche Element wird wieder angewendet.
Das Bilderzeugungsgerät, bei dem so eine Reihe von Prozessschritten durchgeführt wird, wird in weitem Umfang nicht nur als Kopiergerät, sondern auch als Drucker, der als Ausgabeeinrichtung von Computern und Wortprozessoren bzw. Textautomatensystemen dient, angewendet. Das Bilderzeugungsgerät wird nicht nur in Büros, sondern auch in Haushalten angewendet, und wirtschaftliche Gesichtspunkte wie z.B. Kostengünstigkeit oder Wartungsfreiheit sind wichtig.
Bei einem Bilderzeugungsgerät mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird als Aufladeeinrichtung eine Koronaaufladeeinrichtung angewendet, und an einen Metalldraht mit einem Außendurchmesser von etwa 50 μm bis 100 μm wird eine hohe Spannung wie z.B. etwa 5 kV bis 10 kV angelegt, so dass die Luft um den Draht ionisiert wird, um das aufzuladende Bauteil bzw. Element (beispielsweise das lichtempfindliche Element) elektrisch aufzuladen. Das heißt, es wird von Koronaentladung Gebrauch gemacht.
Die Koronaaufladeeinrichtung bringt jedoch die folgenden Nachteile mit sich.
Der Draht an sich der Koronaaufladeeinrichtung zieht während des Aufladevorgangs Verunreinigungen an, so dass periodische Reinigung und Austausch erforderlich sind. Durch die Koronaentladung wird Ozon erzeugt.
Seit den letzten Jahren wird die Oberflächenhärte des elektrophotographischen lichtempfindlichen Elements erhöht, um die Beständigkeit beim Drucken zu verlängern. Nach wiederholter Anwendung der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements wird das lichtempfindliche Element mit hoher Härte wegen des Einflusses des Koronaprodukts, das von dem durch die Koronaaufladeeinrichtung erzeugten Ozon herrührt, feuchtigkeitsempfindlich, was zur Folge hat, dass die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements leicht Feuchtigkeit aufnimmt, wodurch ein seitliches Fließen der Ladung an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements und infolgedessen eine Verschlechterung der Bildqualität, die auf das resultierende Bildfließen zurückzuführen ist, verursacht werden.
Zur Vermeidung dieser Probleme wird in der Japanischen Gebrauchsmusteranmeldungspublikation Nr. HEI-1-34205 ein Erwärmen durch eine Heizeinrichtung für das lichtempfindliche Element vorgeschlagen; wird in der Japanischen Patentanmeldungspublikation Nr. HEI-2-38956 eine Entfernung des Koronaprodukts durch eine Bürste, die durch Zusammenwirken einer Magnetwalze und eines magnetischen Toners gebildet wird, vorgeschlagen und wird in der Japanischen Offengelegten Patentanmeldung Nr. SHO-61-100780 eine Entfernung des Koronaprodukts von der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements durch eine elastische Walze vorgeschlagen.
Obwohl bei einem lichtempfindlichen Element mit amorphem Silicium, das eine sehr hohe Härte hat, von einem Reiben der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements Gebrauch gemacht wird, ist die erforderliche Reinigungseinrichtung jedoch im Gegensatz zu dem gegenwärtigen Verlangen nach einer Verkleinerung des Geräts groß bzw. sperrig. Außerdem führt eine Anwendung der Heizeinrichtung zum dauernden Erwärmen des lichtempfindlichen Elements zu einer Zunahme des Stromverbrauchs.
Die Leistung der Heizeinrichtung für das lichtempfindliche Element beträgt etwa 15 W bis 80 W, und die erforderliche Stromenergie ist nicht sehr hoch, da jedoch die Energie in den meisten Fällen immer einschließlich der Nachtzeit zugeführt wird, beträgt die Menge des Stromverbrauchs nicht weniger als 5 bis 15 % des gesamten Stromverbrauchs des Bilderzeugungsgeräts an einem Tag.
Die Japanische Offengelegte Patentanmeldung Nr. SHO-59-111179 und die Japanische Offengelegte Patentanmeldung Nr. SHO-62-278577 erkennen nicht das Problem der Instabilität der Bilddichte, die auf die Temperaturschwankung des lichtempfindlichen Elements zurückzuführen ist.
In der Japanischen Offengelegten Patentanmeldung Nr. SHO-63-208878 ist eine Aufladeeinrichtung vom so genannten Kontaktaufladungstyp offenbart, bei der ein Aufladeelement, an das eine Spannung angelegt wird, mit der Oberfläche des aufzuladenden Bauteils bzw. Elements (beispielsweise eines lichtempfindlichen Elements) in Kontakt gebracht wird, um seine Oberfläche elektrisch aufzuladen. So eine Aufladeeinrichtung vom Kontaktaufladungstyp ist gegenüber der Koronaaufladeeinrichtung in folgender Hinsicht vorteilhaft:

(1) Die Spannung, die zur Erzielung des gewünschten Potenzials der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements erforderlich ist, kann vermindert werden;
(2) die während des Aufladevorgangs erzeugte Ozonmenge ist gleich Null oder äußerst gering, so dass die Notwendigkeit der Anwendung eines Ozonentfernungsfilters wegfällt, und infolgedessen kann das Absaugsystem der Hauptbaugruppe des Bilderzeugungsgeräts vereinfacht werden.

Infolgedessen können die vorstehend beschriebenen Nachteile, die auf die Erzeugung von Ozon und Ozonderivaten zurückzuführen sind, vermieden werden.
Infolgedessen wird erwartet, dass die Aufladeeinrichtung vom Kontaktaufladungstyp eine Einrichtung ist, durch die die Koronaaufladeeinrichtung ersetzt wird, um ein aufzuladendes Bauteil bzw. Element wie z.B. ein lichtempfindliches Element oder ein dielektrisches Element in einem Bilderzeugungsgerät wie z.B. einem Kopiergerät, einem Laserdrucker oder einem Gerät zur elektrostatischen Aufzeichnung elektrisch aufzuladen.
Die folgenden Kontaktaufladeelemente, die bei der Aufladeeinrichtung vom Kontaktaufladungstyp anwendbar sind, sind vorgeschlagen worden:
ein Kontaktaufladeelement in Form einer Magnetbürste aus magnetischen Teilchen und magnetischen Materialien, wie sie in der Japanischen Offengelegten Patentanmeldung Nr. SHO-59-133569 offenbart ist;
ein Kontaktaufladeelement in Form einer elektrisch leitende Fasern enthaltenden Pelzbürste, wie sie in der Japanischen Offengelegten Patentanmeldung Nr. SHO-57-046265 offenbart ist; und
ein Kontaktaufladeelement in Form einer elastischen Walze aus elastischen Materialien, die einen elektrisch leitenden Schaumstoff enthalten.
14 zeigt den schematischen Aufbau eines Beispiels für ein herkömmliches Bilderzeugungsgerät, bei dem von der Kontaktaufladung Gebrauch gemacht wird. Ein elektrophotographisches lichtempfindliches Element 3 in Form einer Trommel wird mit einer vorgegebenen Umfangsgeschwindigkeit (Betriebsgeschwindigkeit) in der durch einen Pfeil X gezeigten Richtung gedreht, und seine Oberfläche steht mit einem Aufladeelement 5, das ein Kontaktaufladeelement ist, in Kontakt.
Die äußere Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3, die sich in der durch den Pfeil gezeigten Richtung dreht, wird durch das Aufladeelement 5, an das von einer Einrichtung zum Anlegen einer Spannung (nicht gezeigt) eine Gleichspannung (V_dc) allein oder eine Gleichspannung (V_dc), die mit einer Wechselspannung (V_ac) überlagert ist, angelegt wird, gleichmäßig aufgeladen.
Andererseits wird eine auf eine gläserne Vorlagenträgerplatte 1 aufgelegte Vorlage G mit Licht L, das durch eine Lampe 71 (Belichtungseinrichtung 7) emittiert wird, beleuchtet, und mit dem Licht, das durch die Vorlage G reflektiert wird, wird über ein Spiegelsystem 72 durch eine Abbildungslinse einer Linseneinheit 73 eine Abbildung durchgeführt, und das Abbildungslicht wird durch einen Spiegel 74 zu der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 gerichtet, so dass auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 ein Latentbild der Vorlage erzeugt wird, oder die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 wird durch einen zur bildmäßigen Zeilenabtastung dienenden Laserstrahl, dessen Intensität in Übereinstimmung mit Bildsignalen moduliert ist, abgetastet, so dass auf dem lichtempfindlichen Element 3 ein elektrostatisches Latentbild erzeugt wird.
Das elektrostatische Latentbild wird durch Drehung des lichtempfindlichen Elements 3 zu einer Entwicklungsstelle, wo seine Oberfläche einer Entwicklungseinrichtung 8 gegenüberliegt, befördert, und das elektrostatische Latentbild wird durch einen Entwicklungszylinder 81, der mit einem auf eine geeignete Polarität aufgeladenen Entwickler beschichtet ist, sichtbar gemacht, so dass auf dem lichtempfindlichen Element 3 ein Tonerbild erzeugt wird. Das auf dem lichtempfindlichen Element 3 vorhandene Tonerbild wird danach durch eine Übertragungseinrichtung 10 elektrostatisch auf ein Übertragungs(bildempfangs)material P übertragen, und das unfixierte Tonerbild, das sich auf dem Übertragungs(bildempfangs)material P befindet, wird durch Wärme und Druck fixiert, und dann wird das Übertragungs(bildempfangs)material P zu der Außenseite des Bilderzeugungsgeräts ausgetragen.
Der nicht übertragene Toner o.dgl., der nach der Übertragung des Tonerbildes auf das Übertragungs(bildempfangs)material P auf dem lichtempfindlichen Element 3 zurückgeblieben ist, erreicht die Stelle, wo das lichtempfindliche Element einer Reinigungseinrichtung 6 gegenüberliegt, und wird durch Kratzen oder Reiben mit einem Reinigungselement in Form einer Magnetbürste, Pelzbürste, Reinigungswalze 61 und/oder Reinigungsrakel 62 von dem lichtempfindlichen Element 3 entfernt. Das elektrostatische Latentbild, das auf dem lichtempfindlichen Element 3 zurückgeblieben ist, wird durch Licht, das durch eine Entladungslichtquelle 13 geliefert wird, gelöscht.
Wenn von einer Magnetbürste als Aufladeelement 5 Gebrauch gemacht wird, wird an der Oberfläche eines Zylinders, in dem ein mehrpoliges magnetisches Element oder ein magnetisches Element aus Ferritmagnet oder Gummimagnet enthalten ist, eine Magnetbürstenschicht aus magnetischen Teilchen gebildet.
Beispiele für die magnetischen Teilchen umfassen magnetisches Eisenoxid-(Ferrit-)pulver wie z.B. Cu-Zn-Fe-O-Teilchen, Magnetitpulver, Harzmaterial, in dem Ferrit, Magnetit oder anderes magnetisches Material dispergiert ist, oder bekanntes magnetisches Tonermaterial.
Wenn die Pelzbürste als Aufladeelement 5 angewendet wird, wird auf einem Metallkern aus einem elektrisch leitenden Element wie z.B. einem Metallmaterial eine Pelzbürstenschicht, die elektrisch leitende Fasern enthält, gebildet.
Die elektrisch leitenden Fasern bestehen üblicherweise aus Vinylharz-, PET-, Polystyrol- o.dgl. Harzfasern, in denen Kohlenstoff dispergiert ist.
Wenn von einer elastischen Walze als Aufladeelement 5 Gebrauch gemacht wird, umfasst das Aufladeelement 5 eine Trägerwelle und eine Schaumstoffschicht aus Polyurethanschaum o.dgl., die einer Behandlung zur Erzielung von elektrischer Leitfähigkeit unterzogen worden ist.
In jedem Fall wird der Widerstandswert des Aufladeelements 5 unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen, unter denen es angewendet wird, und der Stehspannung der Oberflächenschicht des lichtempfindlichen Elements 3, das als aufzuladendes Bauteil bzw. Element dient, ausgewählt, damit ein hoher Wirkungsgrad der Aufladung erzielt wird.
Bei dem in 14 gezeigten Bilderzeugungsgerät werden der Aufladeschritt unter Anwendung des Aufladeelements und der Reinigungsschritt unter Anwendung des Reinigungselements als separate Schritte bereitgestellt. Es ist ein Vorschlag gemacht worden, bei dem ein Kontaktaufladeelement angewendet wird, um die Aufladung und die Reinigung bei dem aufzuladenden Bauteil bzw. Element gleichzeitig zu bewirken.
In der Japanischen Offengelegten Patentanmeldung Nr. HEI-2-064668 ist ein Bilderzeugungsgerät offenbart, das ein auch als Reinigungselement dienendes Aufladeelement (nachstehend als RNG-Aufladeelement bezeichnet) in Form einer Pelzbürste umfasst, und in der Japanischen Offengelegten Patentanmeldung Nr. HEI-4-134464 ist ein Bilderzeugungsgerät offenbart, das ein RNG-Aufladeelement unter Anwendung einer Magnetbürste umfasst.
Auch im Fall der Anwendung so eines Aufladeelements werden die Erzeugung des elektrostatischen Latentbildes, die Sichtbarmachung auf dem lichtempfindlichen Element 3 und die Übertragung des Tonerbildes auf das Übertragungs(bildempfangs)material durchgeführt (14). Danach wird der nicht übertragene Toner o.dgl., der sich auf dem lichtempfindlichen Element 3 befindet, durch ein RNG-Aufladeelement in Form einer Magnetbürste oder einer Pelzbürste in der Reinigungseinrichtung 6 entfernt. An die Walze 61 wird von einer Einrichtung zum Anlegen einer Spannung (nicht gezeigt) eine hohe Spannung angelegt, damit die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 gleichmäßig aufgeladen wird. In diesem Fall wird zusätzlich zu dem RNG-Aufladeelement kein Aufladeelement 5 bereitgestellt. Der Auflade- und Reinigungsmechanismus ist vom Standpunkt der Ozonfreiheit und der Verkleinerung des Bilderzeugungsgeräts vorteilhaft.
Die Beschreibung wird in Bezug auf ein als Bildträgerelement angewendetes elektrophotographisches lichtempfindliches Element (lichtempfindliches Element) durchgeführt.
Eines der bekannten elektrophotographischen lichtempfindlichen Elemente ist ein organischer Photoleiter (OPC). In den letzten Jahren sind als photoleitfähige Materialien für ein lichtempfindliches Element verschiedene organische Photoleitermaterialien entwickelt worden, und im Einzelnen ist ein so genanntes lichtempfindliches Element mit getrennten Funktionen, das einen geschichteten Aufbau mit einer Ladungserzeugungsschicht und einer Ladungstransportschicht hat, schon in handelsüblichen Kopiergeräten und Laserdruckern angewendet worden. So ein lichtempfindliches Element hat jedoch den Nachteil, dass die Beständigkeit verhältnismäßig gering ist.
Zu der Beständigkeit des lichtempfindlichen Elements gehören Beständigkeit des elektrophotographischen Verhaltens wie z.B. der Empfindlichkeit, des Restpotenzials oder der Aufladbarkeit oder Beständigkeit gegen Bildunschärfe und mechanische Beständigkeit gegen Beschädigung der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements durch Schaben, Abrieb und Abkratzen, und die Beständigkeitseigenschaften sind bedeutsame Einflussgrößen, die mit der Lebensdauer des lichtempfindlichen Elements in Verbindung stehen.
Was die Beständigkeitseigenschaften anbetrifft, zu ist zu denen, die mit dem elektrophotographischen Verhalten in Verbindung stehen, anzumerken, dass insbesondere die Bildunschärfe durch eine Verschlechterung der Ladungstransportsubstanz, die in der Oberflächenschicht des lichtempfindlichen Elements enthalten ist, verursacht wird, wobei diese Verschlechterung auf aktive Substanzen wie z.B. Ozon oder NOx, die durch die Koronaaufladeeinrichtung erzeugt werden, zurückzuführen ist.
Die mechanische Beständigkeit betrifft den physischen Kontakt und das Reiben der lichtempfindlichen Schicht durch Papier, eine Rakel und/oder ein Reinigungselement (Walze).
Zur Verbesserung der Beständigkeit des elektrophotographischen Verhaltens ist es vorzuziehen, dass eine Ladungstransportsubstanz verwendet wird, die durch aktive Substanzen wie z.B. Ozon oder NOx nicht leicht verschlechtert wird, und insbesondere eine Ladungstransportsubstanz mit einem hohen Oxidationspotenzial verwendet wird. Zur Verbesserung der mechanischen Beständigkeit ist es vorzuziehen, dass die Reibung vermindert wird, indem die Gleitfähigkeit der Oberfläche verbessert wird oder die Ablösbarkeit von der Oberfläche erhöht wird, um ein Anschmelzen des Toners zu verhindern, so dass die Oberfläche gegenüber dem Reiben mit dem Papier und/oder dem Reinigungselement beständig ist. Es ist folglich bekannt, dass eine Oberflächenschicht ein Gleitmittel wie z.B. Fluorharzmaterialpulver, Graphitfluorid oder Polyolefinharzpulver enthält.
Wenn der Abrieb der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements beträchtlich vermindert wird, wird jedoch ein absorptionsfähiges Material, das durch aktive Substanzen wie z.B. Ozon oder NOx erzeugt wird, an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements abgeschieden, was zur Folge hat, dass der Oberflächenwiderstand derart abnimmt, dass sich die Oberflächenladung seitlich bewegt, was ein so genanntes "Bildfließen durch absorptionsfähiges Material" zur Folge hat.
Als ein anderes lichtempfindliches Element ist ein lichtempfindliches Element mit amorphem Silicium (lichtempfindliches a-Si-Element) bekannt. Es ist erwünscht, dass das photoleitfähige Material, das die lichtempfindliche Schicht des elektrophotographischen lichtempfindlichen Elements bildet, die folgenden Eigenschaften hat: Die Empfindlichkeit ist hoch mit einem hohen S/N-Verhältnis [Photostrom (Ip)/Dunkelstrom (Id)]; es hat ein Absorptionsspektrum, das an die Spektraleigenschaften bzw. die Spektralcharakteristik der elektromagnetischen Wellen, mit denen es bestrahlt wird, angepaßt ist; und das Ansprechen auf Licht ist schnell mit einem erwünschten Dunkelwiderstandswert. Im Fall der Anwendung in einem Büro, bei der für eine lange Zeit eine große Zahl von Bilderzeugungsvorgängen durchgeführt wird, sind auch die Langzeitstabilität der Bildqualität und der Bilddichte wichtig.
Ein Beispiel für so ein photoleitfähiges Material ist amorphes Siliciumhydrid (a-Si:H), das in der Japanischen Patentanmeldungspublikation Nr. SHO-60-35059, worin es als lichtempfindliches Element für ein Bilderzeugungsgerät angewendet wird, beschrieben ist.
So ein lichtempfindliches Element für das Bilderzeugungsgerät wird hergestellt, indem ein elektrisch leitendes Trägerelement auf 50 °C bis 400 °C erhitzt wird und auf dem Trägerelement durch ein Schichtbildungsverfahren wie z.B. ein Vakuumaufdampfungsverfahren, Zerstäubung, Ionenplattierung, thermisches CVD-Verfahren (CVD = chemisches Aufdampfen), Licht-CVD-Verfahren, Plasma-CVD-Verfahren o.dgl. eine photoleitfähige Schicht aus a-Si gebildet wird. Von diesen Verfahren ist das Plasma-CVD-Verfahren, bei dem ein gasförmiges Ausgangsmaterial durch Gleichstrom-, Hochfrequenz- oder Mikrowellen-Glimmentladung zersetzt wird und auf dem Trägerelement die aufgeschichtete a-Si-Schicht gebildet wird, praktisch durchgeführt worden.
In der Japanischen Offengelegten Patentanmeldung Nr. SHO-54-83746 wird ein lichtempfindliches Element für ein Bilderzeugungsgerät vorgeschlagen, das ein elektrisch leitendes Trägerelement und eine photoleitfähige Schicht aus halogenatomhaltigem a-Si (a-Si:X) umfasst.
In dieser Publikation enthält das a-Si 1 bis 40 Atom% Halogenatome, wodurch die Wärmebeständighkeit verbessert wird und elektrische und optische Eigenschaften, die für eine photoleitfähige Schicht des lichtempfindlichen Elements für das Bilderzeugungsgerät geeignet sind, erzielt werden.
In der Japanischen Offengelegten Patentanmeldung Nr. SHO-57-115556 ist offenbart, dass auf einer photoleitfähigen Schicht aus amorphem Material, das als Grundmaterial Siliciumatome enthält, eine Oberflächensperrschicht aus einem nicht photoleitfähigen amorphen Material, das Siliciumatome und Kohlenstoffatome enthält, gebildet wird, um die elektrischen Eigenschaften, die optischen Eigenschaften und die Photoleitfähigkeitseigenschaften wie z.B. den Dunkelwiderstandswert, die Photo- bzw. Lichtempfindlichkeit und das Lichtansprechvermögen des photoleitfähigen Elements mit der durch die aufgeschichtete a-Si-Schicht gebildeten photoleitfähigen Schicht zu verbessern und die Verwendbarkeit wie z.B. die Feuchtigkeitsbeständigkeit und die Stabilität mit der Zeit zu verbessern.
In der Japanischen Offengelegten Patentanmeldung Nr. Sho-60-67951 ist ein lichtempfindliches Element offenbart, das eine lichtdurchlässige und isolierend Deckschicht hat, die das amorphe Silicium, Kohlenstoff, Sauerstoff und Fluor umfasst, und in der Japanischen Offengelegten Patentanmeldung Nr. SHO-62-168161 ist die Verwendung eines amorphen Materials, das Siliciumatome, Kohlenstoffatome und 41 bis 70 Atom% Wasserstoffatome enthält, als Oberflächenschicht offenbart.
In der Japanischen Offengelegten Patentanmeldung Nr. SHO-57-158650 ist ein lichtempfindliches Element für ein Bilderzeugungsgerät offenbart, das durch die Verwendung von a-Si:H, das 10 bis 40 Atom% Wasserstoff enthält, als photoleitfähige Schicht eine hohe Empfindlichkeit und einen hohen Widerstand hat, wobei das Verhältnis der Absorptionskoeffizienten der Absorptionspeaks des Infrarotabsorptionsspektrums bei 2100 cm^–1 und bei 2000 cm^–1 0,2 bis 1,7 beträgt.
Andererseits ist in der Japanischen Offengelegten Patentanmeldung Nr. SHO-60-95551 offenbart, dass zur Verbesserung der Bildqualität des a-Si die Temperatur in der Nachbarschaft der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements bei 30 bis 40 °C gehalten wird, wodurch eine Verminderung des Oberflächenwiderstands, die auf eine Adsorption von Feuchtigkeit an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements, die als Folge der Aufladungs-, Belichtungs-, Entwicklungs- und Übertragungsvorgänge für die Bilderzeugung auftritt, zurückzuführen ist, und das resultierende Bildfließen verhindert werden.
Wegen dieser Entwicklung sind die elektrischen Eigenschaften, die optischen Eigenschaften und die Photoleitfähigkeitseigenschaften und die Verwendbarkeit des lichtempfindlichen Elements für das Bilderzeugungsgerät verbessert worden, so dass die Bildqualität verbessert worden ist.
Es ist bekannt, dass im Inneren so eines lichtempfindlichen Elements für das Bilderzeugungsgerät eine Wärmequelle bereitgestellt wird, um das Bildfließen unter der Bedingung einer hohen Feuchtigkeit zu verhindern und zu beseitigen, und im Inneren des zylindrischen lichtempfindlichen Elements ist üblicherweise eine flache oder stabförmige elektrische Heizeinrichtung angeordnet.
Das Bilderzeugungsgerät, bei dem das Kontaktaufladeelement angewendet wird, oder das Bilderzeugungsgerät, bei dem das Auflade- und Reinigungselement angewendet wird, ist vorteilhaft, wie vorstehend beschrieben wurde, bringt jedoch die folgenden Probleme mit sich.
In dem Fall, dass ein Aufladeelement (RNG-Aufladeelement) mit einer Magnetbürste (d.h. mit magnetischen Teilchen), an die eine Spannung angelegt wird, angewendet wird, um das aufzuladende Bauteil bzw. Element (beispielsweise ein lichtempfindliches Element) aufzuladen, ist die Wahrscheinlichkeit des Austretens der magnetischen Teilchen ein Problem.
Dieses Problem betrifft das Gleichgewicht zwischen der magnetischen Anziehungskraft zwischen dem magnetischen Element und den magnetischen Teilchen, die die Magnetbürstenschicht bilden, der mechanischen Kraft wie z.B. der Reibung, die auf die Drehung des lichtempfindlichen Elements, das die Form einer Trommel hat, zurückzuführen ist, und der Coulombschen Kraft des elektrischen Feldes, das aus der Potenzialdifferenz zwischen der Magnetbürstenschicht und dem nicht aufgeladenen Bereich an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements resultiert.
Im Einzelnen können sich beispielsweise in dem Fall, dass die Drehungsgeschwindigkeit des lichtempfindlichen Elements eine Relativgeschwindigkeit relativ zu dem Aufladeelement ist und die Potenzialdifferenz zwischen dem angelegten Aufladepotenzial Vp und dem Potenzial der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements vor der Aufladung groß ist, die magnetischen Teilchen, die die Magnetbürstenschicht bilden, während des Aufladevorgangs o.dgl. zu der sich drehenden Oberfläche des lichtempfindlichen Elements bewegen. Wenn dies vorkommt, nimmt der Wirkungsgrad der Aufladung ab, was einen nicht beabsichtigten Bilddichteunterschied zur Folg hat. In der Japanischen Offengelegten Patentanmeldung Nr. HEI-06-194928 sind die magnetische Suszeptibilität und die Teilchengröße der magnetischen Teilchen offenbart, um durch Anwendung eines mehrpoligen magnetischen Elements eine magnetische Anziehungskraft zu erzielen.
In der Japanischen Offengelegten Patentanmeldung Nr. SHO-63-254462 ist offenbart, dass SnO₂ in dem Harzmaterial der Oberflächenschicht dispergiert ist, und sind der vorzuziehende Durchmesser des SnO₂ und die Oberflächenrauheit der Oberflächenschicht offenbart. Eine wirksame Kontaktfläche zwischen den magnetischen Teilchen und dem lichtempfindlichen Element oder die Wirkungen davon auf den Wirkungsgrad der Aufladung oder auf die Beständigkeit werden jedoch nicht erkannt.
Wenn der Kontakt zwischen dem lichtempfindlichen Element und den magnetischen Teilchen nicht ausreichend ist, haben sie örtlich keinen Kontakt, was eine teilweise oder eine weitreichende ungeeignete Aufladung zur Folge hat.
Im Einzelnen nimmt bei dem Bilderzeugungsgerät, bei dem ein lichtempfindliches Element, das bei schnellem Betrieb eine sehr kurze Betriebsdauer hat, (beispielsweise ein lichtempfindliches a-Si-Element) angewendet wird, die Bildqualität wegen einer Verminderung der magnetischen Teilchen und der ungleichmäßigen Aufladung ab, so dass eine Wartung oder ein Austausch des Aufladeelements unvermeidlich ist. Dadurch werden die Wartungskosten erhöht, was im Gegensatz zu der Tendenz der Wartungsfreiheit steht.
Zur Verhinderung einer Abnahme der magnetischen Teilchen könnte man die Verwendung von magnetischen Teilchen mit einem großen Teilchendurchmesser in Betracht ziehen, jedoch würden in diesem Fall die Nicht-Kontaktflächen zwischen den magnetischen Teilchen und dem lichtempfindlichen Element zunehmen, was wegen einer ungeeigneten Aufladung nach den Nicht-Kontaktflächen ungleichmäßige Streifen in dem Bild zur Folge hätte.
Andere Verfahren wären die Anwendung eines Einfangmechanismus oder die Anwendung mehr als eines Aufladeelements zur schrittweisen Aufladung des lichtempfindlichen Elements, jedoch sind diese Verfahren im Hinblick auf eine Verkleinerung und eine Kostensenkung des Bilderzeugungsgeräts nachteilig.
Wenn das Kontaktaufladeelement (einschließlich des RNG-Aufladeelements) eine Pelzbürste aus elektrisch leitenden Fasern umfasste, würden Größe und Festigkeit der Fasern Probleme bereiten.
Die Fasern, die die Pelzbürste bilden, haben im Allgemeinen Querschnittsflächen und Längen, die beide viel größer sind als die der Pixel (Bildelemente) bei der Elektrophotographie, und die Einsatzdichte der Fasern und der Aufbau der Pelzbürste haben einen bedeutenden Einfluss auf die Bildqualität.
Bei dem System, bei dem die Pelzbürste angewendet wird, wird die Relativgeschwindigkeit zwischen der Pelzbürste und dem lichtempfindlichen Element größer gemacht als bei Anwendung der Magnetbürste, so dass zur Verbesserung der Bildqualität Schwingung oder Drehung angewendet wird.
In diesem Fall ist jedoch ein schneller Antriebsmechanismus erforderlich, und die Fasern können sich lösen bzw. abgehen, was eine ungeeignete Aufladung zur Folge hätte. Wenn die Fasern eine kleine Querschnittsfläche haben, verformen sie sich leicht, so dass sich bei langer Anwendung der Wirkungsgrad der Aufladung verändert.
Bei einem Versuch der Verhinderung so einer Verformung durch Anwendung dicker Fasern verschlechterte sich die Bildqualität wie im Fall der großen magnetischen Teilchen, und außerdem würde die Reinigung schwierig sein.
Wenn wegen feiner Fehler an der Oberfläche des aufzuladenden Bauteils bzw. Elements (beispielsweise eines lichtempfindlichen Elements) ein übermäßiger Strom fließt, würden die Fasern an dieser Stelle verbrennen. An so einer Stelle tritt immer eine Veränderung des Kontaktzustands mit dem aufzuladenden Bauteil bzw. Element und infolgedessen eine ungeeignete Aufladung auf.
In dem Fall, dass ein Kontaktaufladeelement (einschließlich eines RNG-Aufladeelements) eine elastische Walze umfasst, werden die Walze und/oder das aufzuladende Bauteil bzw. Element wegen Reibung beschädigt, wenn für eine Relativgeschwindigkeit zwischen der Walze und dem aufzuladenden Bauteil bzw. Element (beispielsweise einem lichtempfindlichen Element) gesorgt wird. Wenn der Kontakt bei einem Versuch der Verbesserung der Bildqualität enger gemacht wird, nehmen die Reibung und der Einfluss des Zusammenstoßes mit den Vorsprüngen des lichtempfindlichen Elements und/oder mit Verunreinigungen zu. Wenn dies auftritt, besteht die Tendenz, dass die elastische Walze und/oder das lichtempfindliche Element beschädigt wird.
Ferner ist in der Verweisstelle US 5 124 757 ein Bilderzeugungsgerät offenbart, das ein Bildträgerelement, eine Entwicklungseinrichtung und eine Übertragungseinrichtung umfasst. Das Bilderzeugungsgerät gemäß diesem Stand der Technik umfasst ferner eine Auflade- und Reinigungseinrichtung. Die Auflade- und Reinigungseinrichtung umfasst eine Pelzbürste und eine Sammelwalze. Folglich wird die Auflade- und Reinigungseinrichtung bereitgestellt, um den restlichen Toner des Bildträgerelements zu sammeln, indem er zu der Sammelwalze angezogen und befördert wird. Die Pelzbürste sorgt für Kontakt zwischen den Borsten der Pelzbürste und der Oberfläche des Bildträgerelements. Die Borsten nehmen die restlichen Tonerteilchen auf, während sie sich relativ zu der Oberfläche des Bildträgerelements bewegen.
Außerdem ist in der Verweisstelle US 4 469 435 ein Bilderzeugungsgerät gemäß dem Stand der Technik offenbart, das eine Auflade- und Reinigungseinrichtung, die eine Aufladefunktion und eine Reinigungsfunktion hat, umfasst. Bei dieser Einrichtung wird eine Pelz-Oberflächenschicht angewendet.
Schließlich ist in der Verweisstelle US 5 587 774 ein weiteres Bilderzeugungsgerät gemäß dem Stand der Technik offenbart, das keine Reinigungseinrichtung enthält. Das heißt, dieses Gerät umfasst eine Aufladeeinrichtung, die nicht als Reinigungseinrichtung betrieben werden kann. Diese Einrichtung wird vielmehr zum Lockern und Umverteilen des Toners angewendet, damit er in der Entwicklungseinrichtung zurückgewonnen werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist infolgedessen eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bilderzeugungsgerät bereitzustellen, mit dem im Wesentlichen kein Ozon erzeugt wird.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bilderzeugungsgerät bereitzustellen, bei dem Aufladung und Reinigung in einem Schritt durchgeführt werden.
Die Aufgabe wird durch ein Bilderzeugungsgerät mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weiterentwicklungen sind durch die Unteransprüche definiert.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Bilderzeugungsgerät mit einem Bildträgerelement zum Tragen eines elektrostatischen (Latent)bildes; einer Entwicklungseinrichtung für die Entwicklung des auf dem erwähnten Bildträgerelement getragenen elektrostatischen (Latent)bildes mit Toner zu einem Tonerbild; einer Übertragungseinrichtung zur Übertragung des Tonerbildes auf ein Übertragungs(bildempfangs)material und einer Auflade- und Reinigungseinrichtung zur Entfernung von restlichem Toner von dem erwähnten Bildträgerelement nach der Bildübertragung und zur Aufladung des erwähnten Bildträgerelements bereitgestellt; wobei die erwähnte Auflade- und Reinigungseinrichtung ein drehbares Element enthält, das einen elektrisch leitenden Schaumstoff hat, der Zellen aufweist, und eine auf dem erwähnten elektrisch leitenden Schaumstoff gebildete Schicht aus elektrisch leitenden Teilchen hat und drehbar ist, während es sich an dem erwähnten Bildträgerelement mit der dazwischen befindlichen Schicht aus elektrisch leitenden Teilchen reibt.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei einer Betrachtung der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen klarer werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Zeichnung eines Bilderzeugungsgeräts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Schnittzeichnung eines RNG-Aufladeelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine schematische Schnittzeichnung, die den Schichtaufbau eines elektrophotographischen lichtempfindlichen Elements veranschaulicht.
4 ist eine schematische Zeichnung eines Beispiels für ein Gerät zur Herstellung eines elektrophotographischen lichtempfindlichen Elements unter Anwendung von amorphem Silicium, das durch Glimmentladung unter Anwendung von Hochfrequenz im HF-Band hergestellt wird.
5 ist eine schematische Zeichnung eines Beispiels für ein Gerät zur Herstellung eines elektrophotographischen lichtempfindlichen Elements aus amorphem Silicium, das durch Glimmentladung unter Anwendung von Hochfrequenz im VHF- bzw. UKW-Band hergestellt wird.
6 ist eine Zeichnung eines Aufbaus um einen Kontaktbereich zwischen dem RNG-Aufladeelement und dem lichtempfindlichen Element gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine schematische Zeichnung der Reinigungs- und Aufladewirkung des RNG-Aufladeelements auf das lichtempfindliche Element gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine schematische Zeichnung, die die Zurückhaltung der Teilchen durch das RNG-Aufladeelement für den Fall zeigt, dass sich die Kontaktoberflächen des RNG-Aufladeelements und des lichtempfindlichen Elements in derselben Richtung bzw. in entgegengesetzter Richtung bewegen.
9 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Widerstandswert der Oberflächenschicht des lichtempfindlichen Elements und dem Wirkungsgrad der Aufladung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Temperaturabhängigkeit und der charakteristischen Energie (Eu) des Exponentialfunktionsausläufers (arbacktail) der photoleitfähigen Schicht des lichtempfindlichen Elements mit amorphem Silicium gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Dichte lokalisierter Zustände (Zustandsdichte DOS) der photoleitfähigen Schicht des lichtempfindlichen Elements mit amorphem Silicium und dem Lichtgedächtnis gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Dichte lokalisierter Zustände (Zustandsdichte DOS) der photoleitfähigen Schicht des lichtempfindlichen Elements mit amorphem Silicium und dem Bildfließen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Verhältnis von Si-H₂-Bindung und Si-H-Bindung in der photoleitfähigen Schicht des lichtempfindlichen Elements mit amorphem Silicium und der Bildrauheit zeigt.
14 ist eine schematische Zeichnung eines Beispiels für ein herkömmliches Bilderzeugungsgerät.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Bilderzeugungsgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
(Ausführungsform 1)
1 zeigt den schematischen Aufbau eines Bilderzeugungsgeräts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist das Bilderzeugungsgerät ein elektrophotographisches Kopiergerät, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und sie ist beispielsweise auf einen Laserdrucker, ein Faksimilegerät o.dgl. anwendbar.
Bei dem Kopiergerät dieser Ausführungsform wird als Bildträgerelement ein elektrophotographisches lichtempfindliches Element 3 in Form einer Trommel mit einer vorgegebenen Umfangsgeschwindigkeit (Betriebsgeschwindigkeit) in der Richtung des Pfeils X gedreht, und mit der Oberfläche des elektrophotographischen lichtempfindlichen Elements 3 wird ein Auflade- und Reinigungselement (RNG-Aufladeelement) 21 einer Auflade- und Reinigungseinrichtung 2 in Kontakt gebracht.
An das RNG-Aufladeelement 21 wird von einer Einrichtung zum Anlegen einer Spannung (nicht gezeigt) eine Gleichspannung (V_dc) oder eine Spannung (V_dc + V_ac), bei der eine Gleichspannung mit einer Wechselspannung (V_ac) überlagert ist, angelegt.
Andererseits emittiert eine Lampe 71 Licht L, das durch eine auf eine gläserne Vorlagenträgerplatte 1 aufgelegte Vorlage G reflektiert wird, so dass mit dem Licht über ein Spiegelsystem 72 durch eine Abbildungslinse einer Linseneinheit 73 eine Abbildung durchgeführt wird, und das Bild wird auf die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 projiziert, so dass auf dem lichtempfindlichen Element 3 ein elektrostatisches Latentbild erzeugt wird.
Danach wird das elektrostatische Latentbild auf dem sich drehenden lichtempfindlichen Element 3 zu einer Entwicklungsstelle, wo die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 einer Entwicklungseinrichtung 8 gegenüberliegt, befördert und wird durch einen Entwickler, der Toner enthält und auf einem Entwicklungszylinder 81 auf eine geeignete Polarität aufgeladen wird, sichtbar gemacht, so dass auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 ein Tonerbild erzeugt wird. Danach wird das auf dem lichtempfindlichen Element 3 befindliche Tonerbild durch eine Übertragungseinrichtung 10 in Form einer Walze oder eines Bandes elektrostatisch auf ein Übertragungs(bildempfangs)material P übertragen, und dann wird das unfixierte Tonerbild, das sich auf dem Übertragungs(bildempfangs)material P befindet, durch Wärme und Druck fixiert, und das Übertragungs(bildempfangs)material P wird zu der Außenseite des Bilderzeugungsgeräts ausgetragen.
Nach der Übertragung des Tonerbildes auf das Übertragungs(bildempfangs)material P wird der nicht übertragene Toner, der auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 zurückgeblieben ist, durch ein RNG-Aufladeelement 21 einer Auflade- und Reinigungseinrichtung 2 davon entfernt.
Die Beschreibung wird in Bezug auf das RNG-Aufladeelement durchgeführt.
2 zeigt schematisch einen Querschnitt des RNG-Aufladeelements 21.
Gemäß dieser Ausführungsform hat das RNG-Aufladeelement 21 die Form einer Walze und umfasst einen Metallkern 21a, eine Schaumstoffschicht 21b und eine aufgebrachte Teilchenschicht 21c (aus zur Förderung des Aufladeverhaltens dienenden Feinteilchen), die auf ihre äußere Oberfläche aufgebracht ist. An das Aufladeelement 21 wird von einer Einrichtung zum Anlegen einer Spannung (nicht gezeigt) über den Metallkern 21a oder direkt an die Schaumstoffschicht 21b eine Gleichspannung V_dc oder eine Spannung V_dc + V_ac, bei der eine Gleichspannung mit einer Wechsel spannung V_ac überlagert ist, angelegt, wodurch die elektrische Ladung nach dem Kontaktbereich mit der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 direkt in die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements injiziert wird, so dass die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 gleichmäßig elektrisch aufgeladen wird.
Der Metallkern 21a besteht aus einem elektrisch leitenden Werkstoff wie z.B. Metall und wird durch einen Fachmann unter Berücksichtigung der Betriebsgeschwindigkeit und anderer Bedingungen, unter denen er angewendet wird, zweckmäßig gestaltet. Die Schaumstoffschicht 21b besteht aus elektrisch leitendem Material, das einen eingestellten Widerstand hat, und ihr an den äußersten Bereich angrenzender Teil ist porös. Ihre Porengröße beträgt vom Standpunkt der Gleichmäßigkeit des Kontakts vorzugsweise nicht mehr als 500 μm. Die Tiefe der Poren ist derart, dass Teilchen in den Poren zurückgehalten werden, und vorzugsweise derart, dass die Poren im Fall der Durchführung der Reinigung und der Aufladung des aufzuladenden Bauteils bzw. Elements mit den Aufladungsförderungsteilchen gefüllt sind, so dass Porenbereiche und Nicht-Porenbereiche im Wesentlichen auf gleicher Ebene liegen. Von diesem Standpunkt ist es vorzuziehen, dass die Porengröße so groß wie oder größer als der Radius der Aufladungsförderungsteilchen ist.
Im Hinblick auf eine Zunahme/Abnahme der Teilchen wie z.B. Tonerteilchen ist ein geeignetes Fließvermögen an der Oberfläche der Schaumstoffschicht 21b vorzuziehen.
Im Einzelnen beträgt der Durchmesser der Poren der Schaumstoffschicht 21b vorzugsweise einige μm bis 500 μm.
Die Tiefe der Poren ist vorzugsweise nicht geringer als der Radius der Teilchen. Wenn die Tiefe zu groß ist, verschlechtert sich die mechanische Festigkeit oder die Beständigkeit. Sie beträgt auch im Hinblick auf das Fließvermögen der Teilchen vorzugsweise nicht mehr als etwa 2 mm.
Das Reinigungs- und Aufladeelement (RNG-Aufladeelement) 21 kann den restlichen Toner, der sich auf dem lichtempfindlichen Element befindet, durch Stauung und Reibung bei der Reinigung aufnehmen, und die Teilchen wie z.B. Tonerteilchen können durch seine Oberflächenstruktur zurückgehalten werden, so dass es unabhängig von den magnetischen Eigenschaften, der Dielektrizitätskonstante, dem elektrostatischen Aufladungsverhalten o.dgl. anwendbar ist. Ferner ist die Bewegungsrichtung des RNG-Aufladeelements 21 nicht beschränkt. Wenn das RNG-Aufladeelement 21 die Form einer Walze hat, ist beispielsweise jede Drehungsrichtung anwendbar.
Bei einem Beispiel für die Herstellung des RNG-Aufladeelements 21 wird EPDM o.dgl., worin elektrisch leitendes Material dispergiert ist, auf einem Metallkern 21a formgeschäumt und zu einer vorgegebenen Abmessung abgerieben, oder das Material kann zu einem Stapel geformt werden und wird dann auf den Metallkern aufgewickelt. Beispiele für das elektrisch leitende Material umfassen Ruß oder Ketjenblack.
Die Dicke, die Gummihärte o.dgl. der Schaumstoffschicht 21b kann in Übereinstimmung mit den Bedingungen wie z.B. der Betriebsgeschwindigkeit (Umfangsgeschwindigkeit des lichtempfindlichen Elements 3), der Relativgeschwindigkeit o.dgl., unter denen das Gerät betrieben wird, zweckmäßig gewählt werden.
Wenn die Härte der Schaumstoffschicht 21b des RNG-Aufladeelements 21 niedrig ist, können eine Beschädigung des RNG-Aufladeelements 21 an sich und der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3, die auf den Kontakt und die Reibung mit Teilchen wie z.B. den Tonerteilchen zurückzuführen ist, verhindert werden. Außerdem ist unter einer niedrigen Belastung eine große Kontaktspaltbreite anwendbar. Des weiteren wird im Fall der Anwendung der Spannung mit überlagerter Wechselspannung das Aufladegeräusch vermindert.
Andererseits ist eine hohe Härte der Schaumstoffschicht 21 in Bezug auf die Beständigkeit gegen Verformung, d.h., die Halt barkeit, vorteilhaft. Außerdem kann die Festigkeit der Grübchen und Vorsprünge gewährleistet werden, so dass einmal eingefangener Toner zurückgehalten werden kann.
Die Härte der Schaumstoffschicht 21b wird infolgedessen vorzugsweise in einem derartigen Bereich eingestellt, dass Teilchen wie z.B. nicht übertragene Tonerteilchen, die an der Oberfläche eingefangen worden sind, zurückgehalten werden können und dass keine Verformung o.dgl. eintritt. Außerdem ist in so einem Bereich eine verhältnismäßig niedrige Härte vorzuziehen.
Im Einzelnen beträgt die vorzuziehende Härte etwa 15 bis 70° (Asker-C-Härte). Wenn die Spannung, die an das Aufladeelement angelegt wird, eine Wechselspannungskomponente enthält, ist ein weiches RNG-Aufladeelement 21 mit einer Asker-C-Härte von 60° oder darunter vorzuziehen (Japanische Offengelegte Patentanmeldung Nr. HEI-5-249805, Japanische Patentanmeldungspublikation Nr. HEI-7-101324 usw.). Hinsichtlich der Beständigkeit sind etwa 20 bis 60° vorzuziehen.
Die Auswahl der Härte sollte auch unter Berücksichtigung der Härte des angewendeten lichtempfindlichen Elements 3 erfolgen. Im Einzelnen wird sie unter Berücksichtigung der Betriebsgeschwindigkeit und der gewünschten Betriebsdauer des Bilderzeugungsgeräts ausgewählt.
Die Härte der Schaumstoffschicht 21b ändert sich in Abhängigkeit von dem Gehalt des elektrisch leitenden Materials und von seiner Zusammensetzung. Außerdem kann die Härte durch Einstellung der Bläschen, der Größe und der Menge der Poren in der Schaumstoffschicht 21b eingestellt werden.
Die Schaumstoffschicht 21b hat vorzugsweise einen spezifischen Widerstand von 1 × 10³ bis 1 × 10¹² Ωcm, damit ein hoher Wirkungsgrad der Aufladung aufrechterhalten wird und auch Ableitungsstellen verhindert werden oder eine Abnahme des Potenzials entlang der Längsrichtung des Aufladeelements, die auf feine Effekte an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 zu rückzuführen ist, verhindert wird. Im Einzelnen beträgt der spezifische Widerstand vorzugsweise 1 × 10⁵ bis 1 x 10⁹ Ωcm.
Hierbei wird der Widerstandswert folgendermaßen gemessen: Ein Metallband mit einer Breite von 1 cm wird um die Oberfläche des zu messenden RNG-Aufladeelements 21 herumgewickelt, und der Widerstandswert wird unter Anwendung eines von HIOKI, Japan, erhältlichen MΩ-Prüfgeräts gemessen, während 50 bis 1000 V angelegt werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann das RNG-Aufladeelement 21 dieser Ausführungsform durch die Oberflächenstruktur an sich des Aufladeelements die Aufladungsförderungsteilchen, die auf seinen äußersten Oberflächenbereich aufgebracht werden, wie nachstehend beschrieben wird, und den nicht übertragenen Toner, der durch den Reinigungsvorgang von dem lichtempfindliche Element 3 entfernt wird, zurückhalten, so dass ein Austreten der Teilchen, das im Fall der Anwendung einer Magnetbürste leicht eintritt, unterdrückt wird.
Was den Kontakt mit der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 anbetrifft, so wird im Gegensatz zu dem Fall der Pelzbürste ein sehr enger Kontakt erzielt, und infolgedessen kann in Bezug auf die Reinigungs- und auf die Aufladewirkung eine Ungleichmäßigkeit vermieden werden.
Da zwischen dem RNG-Aufladeelement 21 und dem lichtempfindlichen Element 3 die Teilchen wie z.B. die Aufladungsförderungsteilchen oder die Tonerteilchen vorhanden sind, ist außerdem das Kontaktverhalten besser als im Fall der alleinigen Anwendung des RNG-Aufladeelements 21, so dass eine gleichmäßige Aufladung erreicht wird. Außerdem wird die Reibung zwischen dem RNG-Aufladeelement und dem aufzuladenden Bauteil bzw. Element (dem lichtempfindlichen Element 3) durch die Fähigkeit der Teilchen zur Fließbewegung vermindert, so dass eine Beschädigung des RNG-Aufladeelements 21 und des lichtempfindlichen Elements 3 unterdrückt werden kann.
Zur stabilen Einstellung der Breite des Kontaktspalts zwischen dem lichtempfindlichen Element 3 und dem RNG-Aufladeelement 21 ist es vorzuziehen, dass durch Walzen, Abstandshalter o.dgl. für einen vorgegebenen Zwischenraum zwischen dem RNG-Aufladeelement und dem lichtempfindlichen Element 3 gesorgt wird. Es ist auch vorzuziehen, dass sich das RNG-Aufladeelement mit einer geeigneten Relativgeschwindigkeit in der Richtung der Umfangsbewegung (X) dreht, bewegt und/oder schwingt. Es ist in diesem Fall nicht vorzuziehen, dass das RNG-Aufladeelement 21 durch das lichtempfindliche Element 3 angetrieben wird. Das heißt, zur Entfernung des nicht übertragenen Toners o.dgl. und zur Verhinderung einer ungeeigneten Aufladung, die einer mikroskopisch feinen Aufrauung der Kontaktstelle zuzuschreiben ist, wird vorzugsweise für eine vorgegebene Relativgeschwindigkeit gesorgt.
Bei dieser Ausführungsform hat das RNG-Aufladeelement 21 die Form einer Walze, auf die die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, so dass das RNG-Aufladeelement ein Band o.dgl. sein kann.
Bei dieser Ausführungsform hat das aufzuladende Bauteil bzw. Element (Bildträgerelement) die Form einer Trommel, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
Die Beschreibung wird in Bezug auf Teilchen durchgeführt, die bei dieser Ausführungsform auf die Schaumstoffschicht 21b des Aufladeelements 21 aufgetragen werden.
Das Auftragen der Aufladungsförderungsteilchen auf die Oberfläche des RNG-Aufladeelements 21 ist wirksam, um die Gleichmäßigkeit des Kontakts zwischen dem RNG-Aufladeelement 21 und dem lichtempfindlichen Element 3 zu verbessern, wodurch die Aufladereaktion gefördert und die Gleitfähigkeit verbessert wird.
Die Teilchen, die auf die Oberfläche des RNG-Aufladeelements 21 aufgetragen werden, können magnetisch oder nichtmagnetisch sein. Die Teilchengröße der Teilchen wird in Abhängigkeit von der Größe der Poren des Schaumstoffs und von der Teilchengröße des verwendeten Toners o.dgl. zweckmäßig gewählt. Vom Standpunkt der Bildqualität wie z.B. des Kontaktverhaltens, der Reinigung, des Aufladungsverhaltens o.dgl. haben die Teilchen vorzugsweise dieselbe Teilchengröße wie der Toner, der in dem in dar Entwicklungseinrichtung 8 untergebrachten Entwickler enthalten ist, oder sie haben eine kleinere Teilchengröße als der Toner. Die Teilchengröße der Aufladungsförderungsteilchen kann gleichmäßig sein, oder es können Aufladungsförderungsteilchen mit verschiedenen Teilchengrößen enthalten sein, um das Fließvermögen zu verbessern.
Was die Teilchengrößen der Aufladungsförderungsteilchen und der Tonerteilchen anbetrifft, so werden die Peaks unter Anwendung eines Laserstrahlbeugungs-Messgeräts zur Messung der Teilchengrößenverteilung (HEROS, erhältlich von Nippon Denshi KABUSHIKI KAISHA, Japan), bei dem Teilchen in dem Bereich von 0,05 μm bis 200 μm auf einem logarithmischen Maßstab in 32 Fraktionen aufgeteilt werden, gemessen, und die mittlere Teilchengröße wird als 50-%-Mittelwert der Teilchengröße ermittelt. Die mittlere Teilchengröße der gesamten Aufladungsförderungsteilchen kann ermittelt werden, indem nicht weniger als 100 Teilchen willkürlich ausgewählt werden und unter Anwendung eines Lichtmikroskops oder eines Rasterelektronenmikroskops die maximale Sehnenlänge in horizontaler Richtung als mittlere Teilchengröße ermittelt wird.
Die elektrische Leitfähigkeit der Aufladungsförderungsteilchen wird vorzugsweise ähnlich wie bei der Schaumstoffschicht 21b eingestellt, und zu diesem Zweck kann von ZnO Gebrauch gemacht werden. Die Teilchen können Tonerteilchen sein, die als Einkomponentenentwickler verwendet werden, oder Tonerträgerteilchen sein, die bei einem Zweikomponentenentwickler verwendet werden, oder können ferner nicht übertragene Tonerteilchen sein, die im Reinigungsschritt eingefangen worden sind.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann durch Anwendung des porösen RNG-Aufladeelements 21, das einen eingestellten Wider stand und einen Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung hat, und der Aufladungsförderungsteilchen, die auf seine Oberfläche aufgetragen sind, der mikroskopisch feine Kontakt zwischen dem RNG-Aufladeelement 21, das die Aufladungsförderungsteilchen enthält, und dem lichtempfindlichen Element 3 optimiert werden, so dass eine Verschlechterung der Bildqualität, die einer ungeeigneten Aufladung zuzuschreiben ist, vermieden werden kann.
In dem Bilderzeugungsgerät, bei dem von einer Vorbelichtung Gebrauch gemacht wird und insbesondere ein lichtempfindliches Element mit amorphem Silicium (ein lichtempfindliches a-Si-Element) angewendet wird, fließt von dem RNG-Aufladeelement 21, an das die Spannung angelegt wird, zu dem lichtempfindlichen Element 3 ein starker Strom mit einer Stromdichte von z.B. einigen 10 μA/cm² (Gesamtstrom: einige 100 μA). Zu dieser Zeit ist in dem Kontaktspalt zwischen dem RNG-Aufladeelement 21 und dem lichtempfindlichen Element 3 die Kontaktfläche zwischen dem RNG-Aufladeelement 21 und dem lichtempfindlichen Element 3 groß, so dass die mikroskopisch feine Bewegung der Ladung glatt ist. Außerdem werden die Teilchen wegen des Vorhandenseins der Rauheit an der Oberfläche des RNG-Aufladeelements 21 in dem Kontaktspalt gerührt, so dass eine Ungleichmäßigkeit der Aufladung verhindert werden kann.
Die Aufladungsförderungsteilchen, die auf die Oberfläche des RNG-Aufladeelements 21 aufgetragen sind, werden durch die mechanisch raue Struktur des RNG-Aufladeelements 21 zurückgehalten, so dass ein Austreten der Teilchen, das auf eine Bewegung der Teilchen zu der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 zurückzuführen ist, verhindert wird, während die elektrische Ladung aufrechterhalten wird.
Außerdem nimmt die Wahrscheinlichkeit einer mechanischen Beschädigung der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 und/oder des RNG-Aufladeelements 21 ab, so dass der erforderliche Wartungsbetrieb vermindert und die Betriebsdauer des Bilderzeugungsgeräts verlängert wird.
Durch Anwendung eines Mechanismus für die Entfernung oder Zuführung von Aufladungsförderungsteilchen kann der Zeitraum zwischen den Wartungsvorgängen für den Austausch der Teilchen sogar derart verlängert werden, dass kein Wartungsbetrieb notwendig ist.
Außerdem kann ein größerer Spielraum für eine Modifizierung der Gestaltung des Bilderzeugungsgeräts wie z.B. eine Modifizierung der Betriebsgeschwindigkeit, der Aufladung der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements o.dgl. oder eine Modifizierung der Beständigkeit des lichtempfindlichen Elements eingeräumt werden.
Die Beschreibung wird in Bezug auf das elektrophotographische lichtempfindliche Element 3 im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführt.
Das als Bildträgerelement (aufzuladendes Bauteil bzw. Element) dienende lichtempfindliche Element 3, das durch das RNG-Aufladeelement 21 gemäß der vorliegenden Erfindung aufzuladen ist, kann ein herkömmliches lichtempfindliches Element oder vorzugsweise ein lichtempfindliche Element, wie es nachstehend beschrieben wird, sein.
Der Widerstandswert der Oberflächenschicht des lichtempfindlichen Elements 3 wird derart eingestellt, dass geeignete Eigenschaften aufrechterhalten werden können.
9 zeigt eine Beziehung zwischen dem Widerstand der Oberflächenschicht des lichtempfindlichen Elements 3 und der Aufladbarkeit, der Fähigkeit zur Beibehaltung des Potenzials und der Stehspannung des lichtempfindlichen Elements 3 mit der Oberflächenschicht.
Der Widerstandswert der Oberflächenschicht des lichtempfindlichen Elements 3 wird unter Anwendung eines MΩ-Prüfgeräts (erhältlich von HIOKI, Japan) gemessen, während eine Spannung von 250 V bis 1 kV angelegt wird. Wie in 9 gezeigt ist, ist es vom Standpunkt der Erzielung eines guten elektrischen Verhaltens wie z.B. der Fähigkeit zur Beibehaltung der Ladung oder des Wirkungsgrades der Aufladung des lichtempfindlichen Elements 3 und der Verhinderung der Nadelloch- bzw. Defektableitung, die eine Beschädigung der Oberflächenschicht durch die Spannung verursacht, vorzuziehen, dass der spezifische Widerstand 1 × 10¹⁰ bis 5 × 10¹⁵ Ωcm beträgt. Er beträgt insbesondere 1 × 10¹² bis 1 × 10¹⁴ Ωcm.
Es ist gefunden worden, dass zusätzlich zu den vorstehend angegebenen Bedingungen, wenn das lichtempfindliche Element 3 eine niedrige Temperaturabhängigkeit und eine hohe Beständigkeit der Oberfläche hat, eine stabile Bilderzeugung für eine lange Zeit aufrechterhalten werden kann.
Ein anderes Mittel zur Lösung des vorstehend beschriebenen Problems ist die Bereitstellung einer Oberflächenschicht aus elektrisch leitenden Feinteilchen, die in einem als Bindemittel dienenden Harzmaterial dispergiert sind, wobei die elektrische Ladung von dem RNG-Aufladeelement 21 direkt in das Elektronenniveau der (äußersten) Oberflächenschicht injiziert wird, wodurch stabil sehr gute Bilder ezielt werden können.
Die Beschreibung wird in Bezug auf den als lichtempfindliches Element 3 dienenden organischen Photoleiter (OPC) durchgeführt.
3 ist eine schematische Zeichnung des Schichtaufbaus eines lichtempfindlichen Elements für ein Bilderzeugungsgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3(f) zeigt ein Beispiel für ein lichtempfindliches OPC-Element für ein Bilderzeugungsgerät. Bei dieser Ausführungsform umfasst das lichtempfindliche OPC-Element 3, das die Form einer Trommel hat, ein Trägerelement 31 und eine lichtempfindliche Schicht (Licht empfangende Schicht) 32. Die lichtempfindliche Schicht 32 enthält eine photoleitfähige Schicht 33, die eine Ladungserzeugungsschicht 37 und eine Ladungstransportschicht 38 hat, und nötigenfalls eine Oberflächenschutzschicht oder eine Oberflächenschicht 34', und zwischen dem Trägerelement 31 und der Ladungserzeugungsschicht 37 ist eine Zwischenschicht 35' angeordnet.
Bei dem lichtempfindlichen OPC-Element empfangen die photoleitfähige Schicht 33, die gewünschtenfalls angewendete Zwischenschicht 35' und die Oberflächenschicht 34' wirksam die Ladungsinjektion aus dem Aufladeelement 21 und halten die elektrische Ladung wirksam zurück. Die Erfinder haben gefunden, dass die Oberflächenschicht 34' vorzugsweise ein Harzmaterial mit hohem Widerstand wie z.B. eine Mischung von Polyester-Harzmaterial mit hohem Schmelzpunkt und gehärtetem Harzmaterial, in der Ladungsfesthalteteilchen wie z.B. Metalloxidteilchen, beispielsweise SnO₂-Teilchen, dispergiert sind, umfasst, da in diesem Fall die vorstehend beschriebenen Bedingungen als Folge eines Synergismus der einzelnen Eigenschaften erfüllt sind.
Es werden Beispiele für die Harzmaterialien für die Oberflächenschicht 34', die photoleitfähige Schicht 33, die Ladungstransportschicht 38 und die Ladungserzeugungsschicht 37 angegeben.
Der Polyester ist ein gebundenes Polymer von Säurekomponente und Alkohol und ist ein Polymer, das durch Kondensation von Dicarbonsäure und Glykol oder durch Kondensation der Hydroxylgruppe von Hydroxybenzoesäure und einer carboxylgruppenhaltigen chemischen Verbindung erhalten wird.
Die Säurekomponente kann eine aromatische Dicarbonsäure wie z.B. Terephthalsäure, Isophthalsäure oder Naphthalindicarbonsäure, eine aliphatische Dicarbonsäure wie z.B. Bernsteinsäure, Adipinsäure oder Sebacinsäure, eine alicyclische Dicarbonsäure wie z.B. Hexahydroterephthalsäure oder eine Hydroxycarbonsäure wie z.B. Hydroxyethoxybenzoesäure o.dgl. sein.
Die Glykolkomponente kann Ethylenglykol, Trimethylenglykol, Tetramethylenglykol, Hexamethylenglykol, Cyclohexandimethylol, Polyethylenglykol, Polypropylenglykol o.dgl. sein.
Eine multifunktionelle Verbindung wie z.B. Pentaerythrit, Polymethylolpropan, Pyromellithsäure und esterbildende Derivate davon können copolymerisiert werden, solange das Polyester-Harzmaterial im Wesentlichen linear ist.
Das Polyester-Harzmaterial kann ein Polyester-Harzmaterial mit hohem Schmelzpunkt sein. Das Polyester-Harzmaterial mit hohem Schmelzpunkt kann o-Chlorphenol-Harzmaterial sein, das bei 36 °C eine Grenzviskosität von nicht weniger als 0,4 dl/g, vorzugsweise nicht weniger als 0,5 dl/g und insbesondere nicht weniger als 0,65 dl/g hat. Wenn die Viskosität jedoch zu hoch ist, wird die Verarbeitbarkeit schlechter, ist die Reaktion nicht ausreichend und werden nicht leicht zufriedenstellende Eigenschaften erzielt, so dass die Grenzviskosität vorzugsweise nicht mehr als 1,0 dl/g beträgt.
Die vorzuziehenden Polyester-Harzmaterialien mit hohem Schmelzpunkt umfassen bei dieser Ausführungsform Polyalkylenterephthalat-Harzmaterialien. Das Polyalkylenterephthalat-Harzmaterial enthält hauptsächlich Terephthalsäure als Säurekomponente und Alkylenglykol als Glykolkomponente.
Speziellere Beispiele umfassen Polyethylenterephthalat (PET), das hauptsächlich Terephthalsäurekomponente und Ethylenglykolkomponente enthält, Polybutylenterephthalat (PBT), das hauptsächlich Terephthalsäurekomponente und 1,4-Tetramethylenglykolkomponente (1,4-Butylenglykolkomponente) enthält, und Polycyclohexyldimethylenterephthalat (PCT), das hauptsächlich Terephthalsäurekomponente und Cyclohexandimethylolkomponente enthält, o.dgl.
Andere Beispiele für das hochmolekulare Polyester-Harzmaterial umfassen Polyalkylennaphthalat-Harz. Das Polyalkylennaphthalat-Harzmaterial enthält hauptsächlich Naphthalindicarbonsäure als Säurekomponente und Alkylenglykol als Glykolkomponente, und ein spezielles Beispiel dafür ist Polyethylennaphthalat (PEN), das hauptsächlich eine Naphthalindicarbonsäure und eine Ethylenglykolkomponente enthält.
Der Polyester mit hohem Schmelzpunkt hat vorzugsweise einen Schmelzpunkt von nicht weniger als 160 °C und insbesondere nicht weniger als 200 °C. Anstelle des Polyester-Harzmaterials ist Acrylharzmaterial verwendbar.
Die verwendbaren Bindemittel umfassen 2-funktionelles Acrylharz, 6-funktionelles Acrylharz, Phosphazen o.dgl.
Diese Harzmaterialien haben eine verhältnismäßig hohe Kristallinität, und die Verhakung der Ketten des gehärteten Harzpolymers und der Ketten des Polymers mit hohem Schmelzpunkt ist dicht und gleichmäßig, so dass eine Oberflächenschicht mit hoher Beständigkeit erzielt werden kann.
Im Fall eines Polyester-Harzmaterials mit niedrigem Schmelzpunkt ist die Kristallinität niedrig, so dass der Verhakungsgrad nicht gleichmäßig ist, was zur Folge hat, dass die Haltbarkeit niedrig ist.
Die Injektionsaufladbarkeit wird verbessert, indem für die Oberflächenschicht des lichtempfindlichen OPC-Elements ein Material verwendet wird, in dem eine Ladungsrückhaltungssubstanz wie z.B. SnO₂ dispergiert ist. Die Ladungsrückhaltungssubstanz wird vorzugsweise in Bezug auf den Widerstandswert und den Wirkungsgrad der Aufladung gesteuert, indem die dispergierte Menge der Substanz eingestellt wird.
Es ist auch wirksam, ein Fluorharzmaterial zu dispergieren, wodurch die Oberflächenenergie der Oberfläche des lichtempfindlichen OPC-Elements vermindert wird, so dass das Reinigungsverhalten des lichtempfindlichen OPC-Elements verbessert wird. Das zuzusetzende Fluorharzmaterial können Polytetrafluorethylenteilchen (PTFE-Teilchen) (Teflon, Handelsname) sein. Die Teilchengröße der Teflonteilchen kann vom Fachmann unter Berücksichtigung der leichten Dispergierbarkeit, des elektrischen Verhaltens wie z.B. Aufladbarkeit, Bildqualität, Beständigkeit o.dgl. zweckmäßig gewählt. Bei dieser Ausführungsform betrug die Teilchengröße etwa 0,5 μm, und die Ergebnisse waren gut.
Die Beschreibung wird in Bezug auf den Fall durchgeführt, dass ein lichtempfindliches Element mit amorphem Silicium (ein lichtempfindliches a-Si-Element) angewendet wird.
Das lichtempfindliche a-Si-Element kann ein bekanntes sein, das ein Trägerelement 31 und eine lichtempfindliche Schicht 32, die eine photoleitfähige Schicht 33 aus nicht einkristallinem Material mit Siliciumatomen als Grundmaterial enthält, umfasst, kann jedoch verbesserte Eigenschaften haben.
Das lichtempfindliche a-Si-Element, das die verbesserten Eigenschaften hat, umfasst eine photoleitfähige Schicht 33 aus a-Si, das 10 bis 30 Atom% Wasserstoff enthält; die charakteristische Energie der Exponentialfunktion (urbacktail) des a-Si-Lichtabsorptionsspektrums unterhalb der Bandlücke beträgt 50 bis 60 meV, und die Dichte lokalisierter Zustände beträgt 1 × 10¹⁴ bis 1 × 10¹⁶ cm^–3
So ein a-Si zeigt eine gute Temperaturabhängigkeit der Aufladbarkeit und ist in Bezug auf die elektrischen und die optischen Eigenschaften, die Photoleitfähigkeitseigenschaften, die Bildqualität, die Beständigkeit und Verhalten gegenüber den Umgebungsbedingungen bei der Anwendung sehr gut.
Die Beschreibung wird in Bezug auf die photoleitfähige Schicht 33 aus dem a-Si für das Bilderzeugungsgerät durchgeführt. 3(a) bis (e) zeigen schematisch ein Beispiel für den Schichtaufbau des lichtempfindlichen a-Si-Elements für ein Bilderzeugungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in 3(a) gezeigt ist, umfasst bei dieser Ausführungsform das lichtempfindliche a-Si-Element 3 in Form einer Trommel ein Trägerelement 31 und eine darauf befindliche lichtempfindliche Schicht 32. Die lichtempfindliche Schicht 32 umfasst als photoleitfähige Schicht 33, die Photoleitfähigkeit zeigt, ein amorphes Siliciumhydrid (a-Si:H) oder halogenatomhaltiges a-Si (a-Si:X) (nachstehend zusammen als a-Si:H, X bezeichnet).
3(b) zeigt ein anderes Beispiel für den Schichtaufbau, wobei das lichtempfindliche a-Si-Element 3 eine auf dem Trägerelement 31 befindliche lichtempfindliche Schicht 32 hat, die eine photoleitfähige Schicht 33 aus a-Si:H, X und eine Oberflächenschicht 34 aus amorphem Silicium umfasst.
3(c) zeigt ein anderes Beispiel für den Schichtaufbau, wobei das lichtempfindliche a-Si-Element 3 ein Trägerelement 31 und eine darauf befindliche lichtempfindliche Schicht 32 hat, die eine photoleitfähige Schicht 33 aus a-Si:H, X, eine Oberflächenschicht 34 aus amorphem Silicium und eine Ladungsinjektionssperrschicht 35 aus amorphem Silicium umfasst.
3(d) und (e) zeigen andere Beispiele für den Schichtaufbau, wobei das lichtempfindliche a-Si-Element 3 ein Trägerelement 31 und eine darauf befindliche lichtempfindliche Schicht 32 hat, die eine photoleitfähige Schicht 33, die eine Ladungserzeugungsschicht 37 aus a-Si:H, X und eine Ladungstransportschicht 38 enthält, und eine Oberflächenschicht 34 aus amorphem Silicium sowie im Fall von 3(e) eine Ladungsinjektionssperrschicht 35 aus amorphem Silicium umfasst.
Die Beschreibung wird in Bezug auf jede der Schichten, die das lichtempfindliche a-Si-Element bilden, durchgeführt.
Das Trägerelement 31 des lichtempfindlichen a-Si-Elements gemäß der vorliegenden Erfindung kann elektrisch leitend oder isolierend sein.
Das Material des elektrisch leitenden Trägerelements kann ein Metall wie z. B. Al, Cr, Mo, Au, In, Nb, Te, V, Ti, Pt, Pd oder Fe oder eine Legierung davon, beispielsweise Edelstahl sein.
Das Trägerelement kann aus einer Folie aus Kunstharzmaterial wie z.B. Polyester, Polyethylen, Polycarbonat, Celluloseacetat, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyamid o.dgl. oder aus einem elektrisch isolierenden Trägerelement wie z.B. einer Folie, Glas, keramischem Werkstoff o.dgl., wobei die der lichtempfindlichen Schicht zugewandte Seite des Trägerelement einer Behandlung zur Erzielung von elektrischer Leitfähigkeit unterzogen worden ist, bestehen.
Die Oberfläche des Trägerelements 31 kann glatt oder rau sein, und das Trägerelement 31 kann die Form eines Zylinders, einer Platte oder eines endlosen Bandes o.dgl. haben; bei dieser Ausführungsform hat es die Form einer Trommel. Seine Dicke wird derart festgelegt, dass ein geeignetes lichtempfindliches Element für das Bilderzeugungsgerät bereitgestellt wird, jedoch beträgt die Dicke wegen der einfachen Herstellung und der mechanischen Festigkeit im Allgemeinen nicht weniger als 10 μm.
Zur wirksamen Vermeidung von Bildfehlern, die auf ein Interferenzstreifenmuster, das in dem sichtbar gemachten Bild (Tonerbild) auftreten kann, zurückzuführen sind, kann die Oberfläche des Trägerelements 31 vor allem in dem Fall, dass die Bildaufzeichnung bei dem lichtempfindlichen Element unter Anwendung von kohärentem Licht wie z.B. einem Laserstrahl bewirkt wird, rau sein, solange im Wesentlichen keine Verminderung der durch Licht erzeugten Ladungsträger eintritt. Die Rauheit kann durch ein bekanntes Verfahren, das beispielsweise in der Japanischen Offengelegten Patentanmeldung Nr. SHO-60-168156, der Japanischen Offengelegten Patentanmeldung Nr. SHO-60-178457, der Japanischen Offengelegten Patentanmeldung Nr. SHO-60-225854 oder der Japanischen Offengelegten Patentanmeldung Nr. SHO-61-231561 offenbart ist, erzielt werden.
Bei einem anderen Verfahren zur wirksameren Vermeidung der Bildfehler, die auf das Interferenzstreifenmuster zurückzuführen sind, kann innerhalb oder unterhalb der lichtempfindlichen Schicht 32 eine Interferenzverhinderungsschicht oder -zone wie z.B. eine Licht absorbierende Schicht bereitgestellt werden. Die Rauheit kann alternativ durch Rissigmachen der Oberfläche des Trägerelements 31 an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements erzielt werden. Risse können durch Verwendung eines Schleifmittels oder durch Ätzen unter Anwendung einer chemischen Reaktion oder Trockenätzen, Zerstäubung o.dgl. in Plasma erzielt werden. Die Größe und die Tiefe der Risse bzw. Fehler sind ausreichend, wenn im Wesentlichen keine Verminderung der durch Licht erzeugten Ladungsträger eintritt.
Die Beschreibung wird in Bezug auf die photoleitfähige Schicht 33 des lichtempfindlichen a-Si-Elements durchgeführt.
Die Schichtparameter der photoleitfähigen Schicht 33, die einen Teil der lichtempfindlichen Schicht 32 auf dem Trägerelement 31 oder auf einer auf dem Trägerelement 31 befindlichen Grundierschicht bildet, werden bei dem Vakuumaufdampfungs-Schichtbildungsverfahren festgelegt, damit die gewünschten Eigenschaften erzielt werden.
Die photoleitfähige Schicht kann im Einzelnen durch ein Dünnschicht-Aufschichtungsverfahren wie z.B. Glimmentladungsverfahren (Niederfrequenz-CVD-Verfahren, Hochfrequenz-CVD-Verfahren, Mikrowellen-CVD-Verfahren oder anderes Wechselstromentladungs-CVD-Verfahren oder Gleichstromentladungs-CVD-Verfahren), Zerstäubungsverfahren, Vakuumaufdampfungsverfahren, Ionenplattierverfahren, Licht-CVD-Verfahren, thermisches CVD-Verfahren o.dgl. hergestellt werden.
Die Auswahl kann unter Berücksichtigung der Herstellungsbedingungen, der Kosten, des Herstellungsmaßstabs und der Eigenschaften, die das lichtempfindliche Element für das Bilderzeugungsgerät haben muss, durchgeführt werden, und im Hinblick darauf, dass die Steuerung der Bedingungen bei der Herstellung des lichtempfindlichen Elements für das Bilderzeugungsgerät verhältnismäßig einfach ist, ist ein Glimmentladungsverfahren und insbesondere eines, bei dem eine Spannungsquellenfrequenz im Bereich des HF-Bandes, Mikrowellen- bzw. μW-Bandes oder VHF- bzw. UKW-Bandes angewendet wird (Hochfrequenz-Glimmentladungsverfahren), zu bevorzugen.
Bei der Bildung der photoleitfähigen Schicht 33 durch das Glimmentladungsverfahren werden gasförmiges Ausgangsmaterial für die Zuführung von Siliciumatomen (Si), gasförmiges Aus gangsmaterial für die Zuführung von Wasserstoffatomen (H) und/oder gasförmiges Ausgangsmaterial für die Zuführung von Halogenatomen (X) in gewünschten Gaszuständen in einen Reaktionsbehälter, dessen Innendruck vermindert werden kann, eingeführt, und in dem Reaktionsbehälter wird eine Glimmentladung hervorgerufen, so dass auf einem darin angeordneten Trägerelement 31 eine Schicht aus a-Si:H, X gebildet wird.
Um freie Valenzen der Siliciumatome abzusättigen, wodurch die Schichtqualität verbessert wird und insbesondere die Photoleitfähigkeit und die Ladungsrückhaltung verbessert werden, ist es vorzuziehen, dass die photoleitfähige Schicht 33 Wasserstoffatome und/oder Halogenatome enthält, und es ist erwünscht, dass der Gehalt der Wasserstoffatome, der Gehalt der Halogenatome oder die Summe des Gehalts der Wasserstoffatome und der Halogenatome 10 bis 30 Atom% und vorzugsweise 15 bis 25 Atom% der Summe des Gehalts der Siliciumatome, der Wasserstoffatome und/oder der Halogenatome beträgt.
Um die Steuerung des Anteils, in dem die Wasserstoffatome in die photoleitfähige Schicht 33 eingeführt werden, zur Erzielung des Schichtbildungsvermögens noch einfacher zu machen, können eine gewünschte Menge von H₂ und/oder He oder einer gasförmigen chemischen Siliciumverbindung, die Wasserstoffatome enthält, vermischt werden. Die Gase können in Form einer Mischung eingeführt werden.
Beispiele für das gasförmige Ausgangsmaterial für die Zuführung von Halogenatomen, das im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, sind vorzugsweise chemische Halogenverbindungen, die gasförmig oder vergasbar sind, wie z.B. Halogengase, z.B. Fluorgas (F₂), vergasbare Halogenide, Interhalogenverbindungen und halogensubstituierte Silanderivate. Andere Beispiele sind Siliciumhydridverbindungen, die Siliciumatome und Halogenatome enthalten und die im gasförmigen Zustand sind oder vergast werden können.
Beispiele für chemische Halogenverbindungen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, sind Interhalogenverbindungen wie z.B. BrF, ClF, ClF₃, BrF₃, BrF₅, IF₃ und IF₇. Die chemischen Siliciumverbindungen, die Halogenatome enthalten, d.h. die halogenatomsubstituierten Silanderivate, sind vorzugsweise Siliciumfluoride wie z.B. SiF₄, Si₂F₆ o.dgl.
Zur Steuerung der Menge der Wasserstoffatome und/oder der Halogenatome, die in der photoleitfähigen Schicht 33 enthalten sind, werden die Temperatur des Trägerelements 31, die Mengen, in der die Ausgangsmaterialien, die verwendet werden, um die Wasserstoffatome und/oder die Halogenatome zuzuführen, in den Reaktionsbehälter eingeführt werden, die elektrische Entladungsleistung o.dgl. eingestellt.
Die photoleitfähige Schicht 33 enthält bei dieser Ausführungsform vorzugsweise gewünschtenfalls Atome zur Steuerung der Leitfähigkeit. Die Atome zur Steuerung der Leitfähigkeit können in der photoleitfähigen Schicht 33 gleichmäßig verteilt sein oder können in der Richtung der Schichtdicke teilweise ungleichmäßig verteilt sein.
Die Atome zur Steuerung der Leitfähigkeit können beispielsweise so genannte Fremdatome sein, wie sie auf dem Halbleiterfachgebiet bekannt sind, und können p-Typ-Atome der Gruppe IIIb des Periodensystems (Atome der Gruppe IIIb) oder n-Typ-Atome der Gruppe Vb des Periodensystems (Atome der Gruppe Vb) sein. Beispiele für Atome der Gruppe IIIb sind Phosphor (P), Arsen (As), Antimon (Sb) und Bismut (Bi), und von ihnen sind P und As vorzuziehen.
Der Gehalt der Atome zur Steuerung der Leitfähigkeit, die in der photoleitfähigen Schicht 33 enthalten sind, beträgt vorzugsweise 1 × 10^–2 bis 1 × 10⁴ Atom-ppm, insbesondere 5 × 10^–2 bis 5 × 10³ Atom-ppm und vor allem 1 × 10^–1 bis 1 × 10³ Atom-ppm.
Die Atome zur Steuerung der Leitfähigkeit, beispielsweise Atome der Gruppe IIIb oder Atome der Gruppe Vb, werden bei dem Schichtbildungsvorgang eingeführt, indem das Ausgangsmaterial für die Einführung von Atomen der Gruppe IIIb oder das Ausgangsmaterial für die Einführung von Atomen der Gruppe Vb im gasförmigen Zustand zusammen mit den anderen Gasen für die Bildung der photoleitfähigen Schicht 33 eingeführt wird. Die Ausgangsmaterialien für die Einführung von Atomen der Gruppe IIIb und für die Einführung von Atomen der Gruppe Vb sind unter den normalen Temperatur- und Druckbedingungen im gasförmigen Zustand oder sind unter den Schichtbildungsbedingungen leicht vergasbar.
Beispiele für das Ausgangsmaterial für die Einführung von Atomen der Gruppe IIIb sind Borhydride (Borane) wie z.B. B₂H₆, B₄H₁₀, B₅H₉, B₅H₁₁, B₆H₁₀, B₆H₁₂ und B₆H₁₄ und Borhalogenide wie z.B. BF₃, BCl₃ und BBr₃. Andere Beispiele sind AlCl₃, GaCl₃, Ga(CH₃)₃, InCl₃ und TlCl₃.
Das vorzuziehende Ausgangsmaterial für die Einführung von Atomen der Gruppe Vb sind für die Einführung von Phosphoratomen Phosphorhydride (Phosphane) wie z.B. PH₃ und P₂H₄ oder Phosphorhalogenide wie z.B. PH₄I, PF₃, PF₅, PCl₃, PCl₅, PBr₃, PBr₅ und PI₃. Andere Beispiele, die als Ausgangsmaterial für die Einführung von Atomen der Gruppe Vb verwendbar sind, sind AsH₃, AsF₃, AsCl₃, AsBr₃, AsF₅, SbH₃, SbF₃, SbF₅, SbCl₃, SbCl₅, BiH₃, BiCl₃ und BiBr₃.
Das Ausgangsmaterial für die Einführung von Atomen zur Steuerung der Leitfähigkeit kann mit H₂ und/oder He verdünnt werden.
Die photoleitfähige Schicht 33 kann bei dieser Ausführungsform Kohlenstoffatome und/oder Sauerstoffatome und/oder Stickstoffatome enthalten. Der Gehalt der Kohlenstoffatome und/oder der Sauerstoffatome und/oder der Stickstoffatome beträgt vorzugsweise 1 × 10^–5 bis 10 Atom%, insbesondere 1 × 10^–4 bis 8 Atom% und vor allem 1 × 10^–3 bis 5 Atom% der Summe des Gehalts der Siliciumatome, der Kohlenstoffatome, der Sauerstoffatome und der Stickstoffatome. Die Kohlenstoffatome und/oder die Sauerstoffatome und/oder die Stickstoffatome können in der photoleitfähigen Schicht gleichmäßig verteilt sein oder können in der Richtung der Schichtdicke der photoleitfähigen Schicht teilweise ungleichmäßig verteilt sein.
Die Schichtdicke der photoleitfähigen Schicht 33 gemäß dieser Ausführungsform wird vom Standpunkt des elektrophotographischen Verhaltens und der Kosten festgelegt, beträgt jedoch vorzugsweise 20 bis 50 μm, insbesondere 23 bis 45 μm und vor allem 25 bis 40 μm.
Die Temperatur des Trägerelements 31 für die Bildung der photoleitfähigen Schicht auf dem Trägerelement wird in Übereinstimmung mit der Schichtgestaltung zweckmäßig festgelegt, jedoch werden normalerweise 200 bis 350 °C, insbesondere 230 bis 330 °C und vor allem 250 bis 310 °C bevorzugt.
Die Temperatur des Trägerelements, der Gasdruck o.dgl. bei der Bildung der photoleitfähigen Schicht 33 werden nicht unabhängig festgelegt, sondern werden unter Berücksichtigung einer organischen Wechselbeziehung zweckmäßig festgelegt.
Die Beschreibung wird in Bezug auf die Oberflächenschicht 34 des lichtempfindlichen a-Si-Elements durchgeführt.
Die Oberflächenschicht 34 aus dem amorphen Silicium wird auf der photoleitfähigen Schicht 33 gebildet, die in der vorstehend beschriebenen Weise auf dem Trägerelement 31 gebildet worden ist. Die Oberflächenschicht 34 hat eine freie Oberfläche, um hauptsächlich für Feuchtebeständigkeit, ein gutes Verhalten bei der kontinuierlichen Anwendung, Durchschlagfestigkeit, ein gutes Temperaturverhalten, ein gutes Verhalten gegenüber Umgebungseinflüssen und Beständigkeit zu sorgen.
Das Material der Oberflächenschicht 34 ist ein amorphes Siliciummaterial wie z.B. amorphes Silicium (a-SiC:H, X), das Wasserstoffatome (H) und/oder Halogenatome (X) und Kohlenstoffatome enthält, amorphes Silicium (a-SiO:H, X), das Wasserstoffatome (H) und/oder Halogenatome (X) und Sauerstoffatome enthält, amorphes Silicium (a-SiN:H, X), das Wasserstoffatome (H) und/oder Halogenatome (X) und Stickstoffatome enthält, und amorphes Silicium (a-SiCON:H, X), das Wasserstoffatome (H) und/oder Halogenatome (X) und mindestens eine Atomart von Kohlenstoffatomen, Sauerstoffatomen und Stickstoffatomen enthält.
Die Oberflächenschicht 34 kann durch ein bekanntes Dünnschicht-Aufschichtungsverfahren wie z.B. ein Glimmentladungs-CVD-Verfahren (Wechselstromentladungs-CVD-Verfahren wie z.B. Niederfreguenz-CVD-Verfahren, Hochfrequenz-CVD-Verfahren oder Mikrowellen-CVD-Verfahren oder Gleichstromentladungs-CVD-Verfahren), Zerstäubungsverfahren, Vakuumaufdampfungsverfahren, Ionenplattierverfahren, Licht-CVD-verfahren, thermisches CVD-Verfahren o.dgl. gebildet werden. Die Auswahl kann unter Berücksichtigung der Herstellungsbedingungen, der Kosten, des Herstellungsmaßstabs und der Eigenschaften, die das lichtempfindliche Element für das Bilderzeugungsgerät haben muss, und im Hinblick auf die Steuerung der Bedingungen bei der Herstellung des lichtempfindlichen Elements für das Bilderzeugungsgerät durchgeführt werden. Vom Standpunkt der Produktivität des lichtempfindlichen Elements wird ein ähnliches Aufschichtungsverfahren wie im Fall der photoleitfähigen Schicht 33 bevorzugt.
Wenn die Oberflächenschicht 34 aus a-SiC:H, X durch das Glimmentladungsverfahren gebildet wird, werden das gasförmige Ausgangsmaterial für die Zuführung von Siliciumatomen (Si), das gasförmige Ausgangsmaterial für die Zuführung von Kohlenstoffatomen (C), das gasförmige Ausgangsmaterial für die Zuführung von Wasserstoffatomen (H) und/oder das gasförmige Ausgangsmaterial für die Zuführung von Halogenatomen (X) in einem gewünschten Gaszustand in einen Reaktionsbehälter, dessen Innendruck vermindert werden kann, eingeführt, und in dem Reaktionsbehälter wird eine Glimmentladung hervorgerufen, wodurch auf dem Trägerelement 31, auf dem die photoleitfähige Schicht 33 gebildet worden ist, eine Schicht aus a-SiC:H, X gebildet wird.
In dem Fall, dass die Oberflächenschicht 34 als Hauptbestandteil a-SiC enthält, liegt die Menge des Kohlenstoffs vorzugsweise im Bereich von 30 % bis 90 % der Summe der Siliciumatome und der Kohlenstoffatome.
Dadurch, dass der Wasserstoffgehalt in der Oberflächenschicht auf nicht weniger als 30 Atom% und nicht mehr als 70 Atom% eingestellt wird, wird in Bezug auf das elektrische Verhalten und das Verhalten bei der kontinuierlichen Anwendung mit hoher Geschwindigkeit eine deutliche Verbesserung erzielt, während eine hohe Härte der Oberflächenschicht aufrechterhalten wird.
Hierbei kann der Wasserstoffgehalt in der Oberflächenschicht durch die Durchflussmenge des H₂-Gases, die Temperatur des Trägerelements, die Entladungsleistung, den Gasdruck o.dgl. eingestellt werden. Zur Einstellung der Menge der Wasserstoffatome und/oder der Menge der Halogenatome werden die Temperatur des Trägerelements 31, die Menge des Ausgangsmaterials, das dem Reaktionsbehälter für die Wasserstoffatome und/oder die Halogenatome zugeführt wird, die elektrische Entladungsleistung o.dgl. gesteuert bzw. eingestellt. Die Kohlenstoffatome und/oder die Sauerstoffatome und/oder die Stickstoffatome können in der Oberflächenschicht gleichmäßig verteilt sein oder können darin in der Richtung der Schichtdicke der Oberflächenschicht teilweise ungleichmäßig verteilt sein.
Außerdem kann die Oberflächenschicht 34 des lichtempfindlichen a-Si-Elements gemäß dieser Ausführungsform Atome zur Steuerung der Leitfähigkeit enthalten. Die Atome zur Steuerung der Leitfähigkeit können in der Oberflächenschicht 34 gleichmäßig verteilt sein oder können in der Richtung der Schichtdicke teilweise ungleichmäßig verteilt sein.
Hierbei können die Atome zur Steuerung der Leitfähigkeit so genannte Fremdatome sein, wie sie auf dem Halbleiterfachgebiet bekannt sind, und sie können Atome der Gruppe IIIb oder der Gruppe Vb des Periodensystems sein. Das Ausgangsmaterial für die Einführung von Atomen zur Steuerung der Leitfähigkeit kann durch H₂-, He-, Ar- oder Ne-Gas verdünnt werden.
Die Schichtdicke der Oberflächenschicht 34 gemäß dieser Ausführungsform beträgt normalerweise 0,01 bis 3 μm, vorzugsweise 0,05 bis 2 μm und insbesondere 0,1 bis 1 μm. Wenn die Schichtdicke weniger als 0,01 μm beträgt, wird die Oberflächenschicht 34 wegen eines Abriebs während der Anwendung des lichtempfindlichen Elements abgekratzt, und wenn sie 3 μm überschreitet, tritt eine Verschlechterung des elektrophotographischen Verhaltens wie z.B. ein Anstieg des Restpotenzials ein.
Zur Bildung der Oberflächenschicht 34 werden die Temperatur des Trägerelements 31 und der Gasdruck in dem Reaktionsbehälter zweckmäßig gewählt. Die Bedingungen für die Temperatur des Trägerelements 31 und den Gasdruck bei der Bildung der Oberflächenschicht 34 werden nicht unabhängig festgelegt, sondern werden unter Berücksichtigung einer organischen Wechselbeziehung zwischen ihnen festgelegt, damit die gewünschten Eigenschaften erzielt werden.
In dem lichtempfindlichen a-Si-Element kann eine Sperrschicht (untere Oberflächenschicht), in der geringere Mengen von Kohlenstoffatomen, Sauerstoffatomen und/oder Stickstoffatomen als in der Oberflächenschicht enthalten sind, bereitgestellt werden, um die Aufladbarkeit oder andere Eigenschaften zu verbessern.
Zwischen der Oberflächenschicht 34 und der photoleitfähigen Schicht 33 kann ein Bereich bereitgestellt werden, in dem der Gehalt der Kohlenstoffatome und/oder der Sauerstoffatome und/oder der Stickstoffatome in Richtung auf die photoleitfähige Schicht 33 abnimmt. Dadurch kann das Haftvermögen zwischen der Oberflächenschicht 34 und der photoleitfähigen Schicht 33 verbessert werden, so dass der Einfluss der Interferenz auf die Lichtreflexion nach der Grenzfläche unterdrückt werden kann.
Außerdem kann als Oberflächenschicht von einer Schicht aus amorphem Kohlenstoff a-C:H, der als Hauptbestandteil Kohlenstoff enthält, Gebrauch gemacht werden. So ein a-C:H hat eine hohe Härte und eine hohe Beständigkeit. Außerdem ist die Reibung niedrig, so dass das Wasserabweisungsvermögen gut ist, und in einer Umgebung mit hoher Feuchtigkeit kann sogar in dem Fall, dass die Heizeinrichtung weggelassen wird, Unschärfe verhindert werden. Außerdem kann die auf mechanische Reibung zurückzuführende Bewegung der Aufladungsförderungsteilchen oder anderer Teilchen zu dem lichtempfindlichen Element unterdrückt werden.
Die Oberflächenschicht 34 kann eine Schicht aus amorphem Kohlenstoff (a-C:H:F) sein, der als Hauptbestandteil Kohlenstoff enthält und im Inneren und/oder im äußersten Teil Bindungen mit Fluor hat. Das a-C:H:F zeigt hohes Wasserabweisungsvermögen und niedrige Reibung, und sogar in dem Fall, dass die Heizeinrichtung weggelassen wird, kann Unschärfe vermieden werden.
Die Beschreibung wird in Bezug auf die Ladungsinjektionssperrschicht des lichtempfindlichen a-Si-Elements dieser Ausführungsform durchgeführt.
Es ist vorzuziehen, dass zwischen dem elektrisch leitenden Trägerelement und der photoleitfähigen Schicht 33 eine Ladungsinjektionssperrschicht 35 bereitgestellt wird, die die Funktion einer Verhinderung der Injektion der elektrischen Ladung aus dem elektrisch leitenden Trägerelement hat. Wenn die freie Oberfläche der lichtempfindlichen Schicht 32 der Aufladung mit der vorgegebenen Polarität unterzogen wird, wirkt die Ladungsinjektionssperrschicht 35 derart, dass sie eine Injektion der elektrischen Ladung aus dem Trägerelement 31 in die photoleitfähige Schicht 33 verhindert, jedoch verhindert sie die Injektion nicht, wenn die freie Oberfläche der Aufladung mit der entgegengesetzten Polarität unterzogen wird, d.h., sie zeigt Abhängigkeit von der Polarität.
Zur Erzielung so einer Funktion enthält die Ladungsinjektionssperrschicht 35 Atome zur Steuerung der Leitfähigkeit in einer verhältnismäßig größeren Menge als in der photoleitfähigen Schicht 33. Die Atome zur Steuerung der Leitfähigkeit, die in der Ladungsinjektionssperrschicht 35 enthalten sind, können in der Ladungsinjektionssperrschicht 35 gleichmäßig verteilt sein oder können in der Richtung der Schichtdicke teilweise ungleichmäßig verteilt sein. Wenn die Verteilungsdichte ungleichmäßig ist, ist es vorzuziehen, dass die Dichte in dem an das Trägerelement 31 angrenzenden Bereich höher ist. Unabhängig davon, ob die Verteilung der Atome zur Steuerung der Leitfähigkeit in der Ladungsinjektionssperrschicht in der Richtung der Schichtdicke gleichmäßig ist oder nicht, ist es zur Erzielung gleichmäßiger Eigenschaften über die Ladungsinjektionssperrschicht 35 vorzuziehen, dass die Verteilung in der Ebene, die der Oberfläche des Trägerelements 31 parallel ist, gleichmäßig ist.
Die Atome zur Steuerung der Leitfähigkeit in der Ladungsinjektionssperrschicht 35 können so genannte Fremdatome sein, wie sie auf dem Halbleiterfachgebiet bekannt sind, und sie können Atome der Gruppe III oder der Gruppe V des Periodensystems sein. Bei dieser Ausführungsform beträgt die Schichtdicke der Ladungsinjektionssperrschicht 35 vom wirtschaftlichen Standpunkt und vom Standpunkt der elektrophotographischen Eigenschaften vorzugsweise 0,1 bis 5 μm, insbesondere 0,3 bis 4 μm und vor allem 0,5 bis 3 μm.
Die erwünschten Bereiche für das Mischungsverhältnis des Verdünnungsgases, den Gasdruck, die elektrische Entladungsleistung und die Temperatur des Trägerelements bei der Bildung der Ladungsinjektionssperrschicht 35 bei dieser Ausführungsform sind dieselben wie bei der photoleitfähigen Schicht 33, jedoch sind diese Einflussgrößen nicht unabhängig, sondern zeigen organische Wechselbeziehungen, die bei der Festlegung der Einflussgrößen berücksichtigt werden sollten.
Zur weiteren Verbesserung des Kontakts zwischen dem Trägerelement 31 und der photoleitfähigen Schicht 33 oder der Ladungsinjektionssperrschicht 35 in dem lichtempfindlichen a-Si-Element für das Bilderzeugungsgerät bei dieser Ausführungsform kann eine für engen Kontakt sorgende Kontaktschicht bereitgestellt werden, die aus Si₃N₄, SiO₂ oder SiO oder einem amorphen Material, das Siliciumatome als Grundmaterial sowie Wasserstoffatome und/oder Halogenatome, Kohlenstoffatome und/oder Sauerstoffatome und/oder Stickstoffatome enthält, besteht. Außerdem kann eine Licht absorbierende Schicht bereitgestellt werden, um das Auftreten einer Interferenzfigur zu verhindern, die auf das von dem vorstehend beschriebenen Trägerelement 31 reflektierte Licht zurückzuführen ist.
Die Beschreibung wird in Bezug auf ein Gerät zur Herstellung des vorstehend beschriebenen lichtempfindlichen a-Si-Elements durchgeführt.
Jede Schicht des lichtempfindlichen a-Si-Elements wird durch ein Schichtbildungsverfahren unter Anwendung eines in 4 und 5 gezeigten bekannten Schichtbildungsgeräts gebildet.
4 ist eine schematische Zeichnung eines Geräts zur Herstellung eines lichtempfindlichen a-Si-Elements für ein Bilderzeugungsgerät unter Anwendung eines Hochfrequenz-Plasma-CVD-Verfahrens (HF-PCVD) mit einer Spannungsquellenfrequenz im HF-Band.
Das Herstellungsgerät 40 umfasst eine Aufschichtungsvorrichtung 41a, eine Vorrichtung 42 für die Zuführung gasförmiger Ausgangsmaterialien und eine Evakuiervorrichtung 43 zur Verminderung des Druckes in einem Reaktionsbehälter.
Der Reaktionsbehälter 43 in der Aufschichtungsvorrichtung 41a ist mit einem zylindrischen Trägerelement 44, einer Heizeinrichtung 45 zum Erhitzen des Trägerelements, einem Gaseinleitungsrohr 46 für gasförmige Ausgangsmaterialien und einem Hochfrequenz-Anpassungskasten 47 ausgestattet.
Die Vorrichtung 42 für die Zuführung gasförmiger Ausgangsmaterialien umfasst Druckgasflaschen 48a bis 48f für die gasförmigen Ausgangsmaterialien wie z.B. SiH₄, GeH₄, H₂, CH₄, B₂H₆, PH₃ o.dgl., Ventile 49a bis 49f, 50a bis 50f und 51a bis 51f und Massendurchflussregler 52a to 52f, wobei die Druckgasflaschen für die gasförmigen Ausgangsmaterialien durch ein Ventil 53 und ein Verteilerstück 54 mit dem Gaseinleitungsrohr 46 in dem Reaktionsbehälter 43 verbunden sind.
5 zeigt ein Beispiel für eine Aufschichtungsvorrichtung, die bei dem Gerät zur Herstellung des lichtempfindlichen a-Si-Elements für das Bilderzeugungsgerät unter Anwendung eines Meterwellenfrequenz-Plasma-CVD-Verfahrens (VHF- bzw. UKW-PCVD) mit einer Spannungsquellenfrequenz im VHF- bzw. UKW-Band angewendet wird.
Wie in 5 gezeigt ist, kann die Aufschichtungsvorrichtung 41b die Aufschichtungsvorrichtung 41a des in 4 gezeigten Herstellungsgeräts, das zur Herstellung des lichtempfindlichen a-Si-Elements unter Anwendung des HF-PCVD-Verfahrens dient, ersetzen. Das heißt, sie ist anwendbar, indem sie mit der in 4 gezeigten Vorrichtung 42 für die Zuführung gasförmiger Ausgangsmaterialien verbunden wird.
Die Aufschichtungsvorrichtung 41b hat einen vakuumdichten Aufbau, umfasst einen Reaktionsbehälter 43, dessen Innendruck vermindert werden kann, und eine Evakuiervorrichtung zur Verminderung des Druckes in dem Reaktionsbehälter 43 und ist mit der in 4 gezeigten Vorrichtung 42 für die Zuführung gasförmiger Ausgangsmaterialien verbunden.
In dem Reaktionsbehälter 43 sind zylindrische Trägerelemente 44, eine zum Erhitzen des Trägerelements dienende Heizeinrichtung 45, ein Gaseinleitungsrohr 46 für gasförmige Ausgangsmaterialien und Elektroden, an die der Hochfrequenz-Anpassungskasten angeschlossen ist, bereitgestellt.
Der Innenraum des Reaktionsbehälters 43 ist durch ein Saugrohr 55 mit einer Diffusionspumpe verbunden.
Die Vorrichtung 42 für die Zuführung gasförmiger Ausgangsmaterialien hat denselben Aufbau wie die vorstehend beschriebene, und die Druckgasflaschen für die gasförmigen Ausgangsmaterialien sind durch ein Ventil mit dem Gaseinleitungsrohr 46 in dem Reaktionsbehälter 43 verbunden. Ein Raum 56, der durch die zylindrischen Trägerelemente umschlossen ist, bildet einen Entladungsraum.
Die Beschreibung ist vorstehend in Bezug auf den Aufbau des Bilderzeugungsgeräts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das RNG-Aufladeelement 21 gemäß einer Ausführungsform, die Aufladungsförderungsteilchen gemäß einer Ausführungsform und das lichtempfindliche Element für das Bilderzeugungsgerät gemäß einer Ausführungsform durchgeführt worden.
Gemäß diesen Ausführungsformen liefern das RNG-Aufladeelement, die Aufladungsförderungsteilchen und das lichtempfindliche Element jeweils vorteilhafte Wirkungen, jedoch liefert eine Kombination davon noch bessere vorteilhafte Wirkungen.
Die Beschreibung wird in Bezug auf den gesamten Betrieb des Bilderzeugungsgeräts durchgeführt.
Das in 1 gezeigte Bilderzeugungsgerät in Form eines Kopiergeräts umfasst als Bildträgerelement ein lichtempfindliches Element 3 (ein elektrophotographisches lichtempfindliches Element in Form einer Trommel), und das lichtempfindliche Element 3 dreht sich mit einer vorgegebenen Umfangsgeschwindigkeit (Betriebsgeschwindigkeit) in der Richtung des Pfeils X. Bei dieser Ausführungsform ist das lichtempfindliche Element 3 das aufzuladende Bauteil bzw. Element.
Das lichtempfindliche Element 3 und das RNG-Aufladeelement 21 bilden einen Kontaktspalt, der durch Abstandshalter (nicht gezeigt) vorgegeben und stabil eingestellt wird, um eine Kontakt fläche aufrechtzuerhalten, die zur Sicherstellung des Reinigungs- und des Aufladeverhaltens beitragen kann. Es kann ein Mechanismus für die Einstellung des Kontaktspaltes, beispielsweise ein Mechanismus, der dazu dient, das RNG-Aufladeelement 21 durch eine Feder, die eine der Härte des RNG-Aufladeelements 21 entsprechende Federkonstante hat, an das lichtempfindliche Element 3 anzudrücken, bereitgestellt werden.
6 zeigt ausführlicher ein Beispiel für eine Auflade- und Reinigungseinrichtung 2, bei der das RNG-Aufladeelement 21 angewendet wird.
Das RNG-Aufladeelement 21 ist derart angeordnet, dass es mit der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 einen vorgegebenen Kontaktspalt bildet. Das Aufladeelement 21 wird mit einer vorgegebenen Relativgeschwindigkeit zu dem lichtempfindlichen Element 3, das sich mit einer vorgegebenen Betriebsgeschwindigkeit in der Richtung des Pfeils X dreht, angetrieben.
An der Rückseite des RNG-Aufladeelements 21, von dem lichtempfindlichen Element 3 her gesehen, ist mit dem Aufladeelement 21 eine Schaber- bzw. Rakelwalze 24 in Kontakt, wobei die Schaber- bzw. Rakelwalze 24 derart wirkt, dass sie den nicht übertragenen Toner o.dgl., der von dem lichtempfindlichen Element 3 an der Oberfläche des RNG-Aufladeelements 21 gesammelt worden ist, in der Längsrichtung des Aufladeelements 21 gleichmäßig macht, und der überschüssige Toner o.dgl. wird von dem RNG-Aufladeelement 21 entfernt und in einen Behälter 26 für restlichen Toner befördert. Dann wird der Toner o.dgl. durch ein Beförderungssystem 25 für restlichen Toner zu dem Behälter für restlichen Toner befördert, oder der Toner o.dgl. wird in dem Fall, dass ein Tonerwiederverwendungsmechanismus (nicht gezeigt) bereitgestellt wird, durch das Beförderungssystem 25 für restlichen Toner zu dem Tonerwiederverwendungsmechanismus befördert. Anstelle der Schaber- bzw. Rakelwalze 24 ist eine Rakel (Abstreichmesser) anwendbar.
Die Aufladungsförderungsteilchen können die Tonerteilchen sein, oder es sind andere Teilchen verwendbar.
Bei dieser Ausführungsform wird ein Mechanismus für die Entfernung von Teilchen wie z.B. Tonerteilchen von dem RNG-Aufladeelement 21 gezeigt, jedoch kann das RNG-Aufladeelement 21 gewünschtenfalls mit einem Mechanismus (nicht gezeigt) für die Zuführung von Feinteilchen zur Verbesserung des Aufladeverhaltens ausgestattet werden.
Die Beschreibung wird in Bezug auf den Vorgang der Aufladung und Reinigung durchgeführt. 7 zeigt den Auflade- und Reinigungsvorgang in der Nachbarschaft des Kontaktspalts zwischen dem RNG-Aufladeelement 21 und dem lichtempfindlichen Element 3.
(Schritt-1) Das lichtempfindliche Element 3 wird mit der vorgegebenen Umfangsgeschwindigkeit derart gedreht, dass sich die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 in der Richtung des Pfeils bewegt. Das RNG-Aufladeelement 21 wird durch eine Antriebseinrichtung (nicht gezeigt) derart gedreht, dass sich die Oberfläche, die dem lichtempfindlichen Element 3 bei dem Kontaktspalt gegenüberliegt, mit einer Relativumfangsgeschwindigkeit in derselben Richtung wie das lichtempfindliche Element 3 bewegt.
Bei dem Entwicklungsvorgang wird das elektrostatische Latentbild zu einem Tonerbild entwickelt, und das Tonerbild wird durch eine Übertragungseinrichtung auf ein Übertragungs(bildempfangs)material übertragen. Danach wird der nicht übertragene Toner o.dgl., der nach der Bildübertragung auf das Übertragungs(bildempfangs)material zurückgeblieben ist, an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 durch elektrostatische Kraft (Coulombsche Kraft), zwischenmolekulare Kraft, Reibungskraft oder eine andere Kraft angezogen und nähert sich dem RNG-Aufladeelement 21, das sich in der Auflade- und Reinigungseinrichtung befindet.
Zu dieser Zeit lädt das RNG-Aufladeelement 21 die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 auf ein vorgegebenes Potenzial auf. Die Aufladung wird nachstehend in Schritt-3 beschrieben.
(Schritt-2) In dem Kontaktspalt mit dem lichtempfindlichen Element 3 reibt das RNG-Aufladeelement 21 die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3, wodurch der nicht übertragene Toner o.dgl. durch die Grübchen oder Poren an der Oberfläche der Schaumstoffschicht 21b des Aufladeelements angehalten oder dadurch abgekratzt wird und in die Auflade- und Reinigungseinrichtung gesammelt wird.
(Schritt-3) An das RNG-Aufladeelement 21 wird durch eine Einrichtung zum Anlegen einer Spannung (nicht gezeigt) eine Spannung angelegt, so dass elektrische Ladung direkt in die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 in dem Kontaktspalt zwischen dem lichtempfindlichen Element 3 und dem RNG-Aufladeelement 21 injiziert wird, wodurch die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 auf ein vorgegebenes Potenzial elektrisch aufgeladen wird.
Zur Verbesserung der Gleitfähigkeit, des Kontaktverhaltens und der Aufladefähigkeit relativ zu dem lichtempfindlichen Element 3 kann das RNG-Aufladeelement 21 Feinpulver enthalten, die darauf aufgebracht sind. Wie in 7 gezeigt ist, wird die Schaumstoffschicht 21b (2) des RNG-Aufladeelements 21 mit einem Teil des nicht übertragenen Toners und/oder mit Aufladungsförderungsteilchen, die durch ein geeignetes Verfahren zugeführt werden, beschichtet, so dass darauf eine Teilchendeckschicht 21c (2) gebildet wird.
Die Aufladungsförderungsteilchen einschließlich des zur Entwicklung verwendeten Toners können magnetisch oder nichtmagnetisch sein. Während des Aufladevorgangs wird ein elektrisches Feld erzeugt, und zwischen der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 und dem RNG-Aufladeelement 21 fließt ein Strom.
Hier werden die Kräfte betrachtet, die auf die Teilchen an der Oberfläche des RNG-Aufladeelements 21 ausgeübt werden. Kräfte, die die Teilchen an der Oberfläche des RNG-Aufladeelements 21 zurückhalten, sind eine Reibungskraft zwischen den Teilchen und der Oberfläche des RNG-Aufladeelements 21 und eine mechanische Rückhaltekraft, die durch die Oberflächengestalt des RNG-Aufladeelements geliefert wird. Kräfte, die die Teilchen zu der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 zwängen, sind andererseits eine Kraft, die durch das elektrische Feld geliefert wird, die Coulombsche Kraft, die auf die Potenzialdifferenz zwischen dem RNG-Aufladeelement 21 und dem lichtempfindlichen Element 3 zurückzuführen ist, und die Reibungskraft.
Im Fall des RNG-Aufladeelements 21 gemäß dieser Ausführungsform werden die Teilchen jedoch in den an der Oberfläche der Schaumstoffschicht 21b (2) gebildeten Grübchen eingefangen und zurückgehalten, so dass die Aufladung und das Austreten der Teilchen im Vergleich zu dem Fall der herkömmlichen Magnetbürste mit niedrigen Kosten zweckmäßig gesteuert werden können.
(Schritt-4) Der durch das RNG-Aufladeelement 21 eingefangene nicht übertragene Toner o.dgl. wird durch die Schaber- bzw. Rakelwalze 24 in der Längsrichtung an der Oberfläche des RNG-Aufladeelements 21 teilweise gleichmäßig gemacht, wobei ein Teil der Teilchen in der Auflade- und Reinigungseinrichtung gesammelt wird und der andere auf der Schaumstoffschicht 21b ( 2) des RNG-Aufladeelements 21 zurückbleibt.
Der gesammelte nicht übertragene Toner o.dgl. wird durch den Behälter für restlichen Toner 27 (6) aufgenommen oder wird weiter zu dem Tonerwiederverwendungsmechanismus (nicht gezeigt) befördert.
Der Behälter für restlichen Toner 27 kann in einem nicht gezeigten Bereich in dem Bilderzeugungsgerät angeordnet werden. Wenn er in Form einer Kassette (die die Auflade- und Reinigungseinrichtung enthält) an der Hauptbaugruppe des Bilderzeu gungsgeräts abnehmbar angebracht ist, kann er beispielsweise in die Auflade- und Reinigungseinrichtung eingebaut werden.
Vorstehend ist die Beschreibung in Bezug auf den Auflade- und Reinigungsvorgang in dem Kontaktspalt zwischen dem RNG-Aufladeelement und dem lichtempfindlichen Element 3 durchgeführt worden. Bei dieser Ausführungsform werden die Oberflächen des lichtempfindlichen Elements 3 und des RNG-Aufladeelements 21 in dem Kontaktspalt in denselben Richtungen bewegt, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt, und sie können in einander entgegengesetzten Richtungen bewegt werden. Gewünschtenfalls kann eine Auffang- bzw. Sammelbahn bzw. -folie bereitgestellt werden, um ein Herunterfallen von Teilchen wie z.B. Tonerteilchen zu verhindern.
8 zeigt Einfang und Festhalten der Teilchen wie z.B. Tonerteilchen durch das RNG-Aufladeelement 21 für die Fälle, dass sich die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 und die Oberfläche des RNG-Aufladeelements 21 in denselben Richtungen bewegen und dass sie in entgegengesetzten Richtungen bewegt werden. In 8(a) bewegen sich die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 und die Oberfläche des RNG-Aufladeelements in dem Kontaktbereich in denselben Richtungen. In 8(b) werden sie in entgegengesetzten Richtungen bewegt.
Wie aus 8(a) und (b) ersichtlich ist, treten die Teilchen in dem Fall, dass die Richtungen dieselben sind, zuerst in den Porenbereich in der Oberfläche des RNG-Aufladeelements 21 ein, und danach treten die Teilchen mit der Drehung der Elemente weiter in den Porenbereich ein und werden an der Oberfläche des RNG-Aufladeelements abgeschieden, als ob sie zwischen die Elemente geschichtet würden. In dem Fall, dass die Richtungen entgegengesetzt sind, treten die Teilchen zuerst in den Porenbereich in der Oberfläche des RNG-Aufladeelements 21 ein, und danach nimmt das RNG-Aufladeelement 21 mit der Drehung der Elemente die Teilchen in den Porenbereich und die anderen Oberflächenbereiche des RNG-Aufladeelements auf.
Gemäß dem Bilderzeugungsgerät dieser Ausführungsform kann das RNG-Aufladeelement 21 die Aufladungsförderungsteilchen stabil an seiner Oberfläche festhalten, und infolgedessen kann der Zustand des Kontakts zwischen dem RNG-Aufladeelement 21 und dem lichtempfindlichen Element 3 zweckmäßig aufrechterhalten werden, und wegen der Bewegung der das Aufladeverhalten bzw. die Aufladbarkeit verbessernden Teilchen in dem Kontaktspalt zwischen dem RNG-Aufladeelement 21 und dem lichtempfindlichen Element 3 wird für das lichtempfindliche Element eine gleichmäßige Kontaktaufladung erzielt.
Durch die Anwendung des lichtempfindlichen Elements, das ein verbessertes Temperaturverhalten und elektrisches Verhalten hat, können für eine lange Zeit Bilder von hoher Qualität erzeugt werden.
Außerdem können die Bildfehler, die den Vorsprüngen des lichtempfindlichen Elements 3 zuzuschreiben sind, unterdrückt werden. Durch das Vorhandensein der Aufladungsförderungsteilchen werden eine Zunahme der wirksamen Kontaktfläche in dem Kontaktspalt und ein gleichmäßiger Kontakt erzielt, so dass eine feine anomale Entladung verhindert werden kann, und infolgedessen kann der Schaden, der ihr zuzuschreiben ist, vermieden werden und kann ein Wachstum der Bildfehler vermieden werden.
Es sind Versuche durchgeführt worden, um Bilder zu erzeugen, während der Durchmesser der Tonerteilchen verändert wurde, und es ist bestätigt worden, dass Toner, der sich auf dem lichtempfindlichen Element abgeschieden hat, nicht leicht davon entfernt wird, so dass schwarze Streifen (Schmelzen) unterdrückt werden können. Dies liegt daran, dass das RNG-Aufladeelement 21 gleichmäßig mit einer hohen Dichte mit dem lichtempfindlichen Element 3 in Kontakt gebracht wird, so dass die Reinigungswirkung verbesert wird.
Des Weiteren wurden Beständigkeitsprüfungen durchgeführt, und es wurde eine Verbesserung des Verunreinigungsgrades des RNG-Aufladeelements 21 bestätigt. Dies liegt daran, dass sogar im Fall der Einmischung von Papierstaub, der in dem Bilderzeugungsgerät enthalten ist, in das Auflade- und Reinigungselement 21 die Verunreinigungsteilchen wie z.B. der Papierstaub durch das Fließen der Teilchen, die die nicht übertragenen Tonerteilchen und die Aufladungsförderungsteilchen enthalten, schnell ausgetragen bzw. entfernt werden. Dadurch wird ferner die Betriebsdauer verlängert.
(Ausführungsform 2)
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist ein herkömmliches elektrophotographisches lichtempfindliches Element anwendbar, jedoch ist das elektrophotographische lichtempfindliche Element gemäß der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft. Die Beschreibung wird in Bezug auf die Bewertungen der verschiedenen Eigenschaften des elektrophotographischen lichtempfindlichen Elements und auf das elektrophotographische lichtempfindliche Element, das für die Anwendung der vorliegenden Erfindung geeignet ist, durchgeführt.
Bei dieser Ausführungsform wird von einem Herstellungsgerät zur Herstellung des lichtempfindlichen a-Si-Elements für ein Bilderzeugungsgerät unter Anwendung von HF-PCVD Gebrauch gemacht, und die Ladungsinjektionssperrschicht 35, die photoleitfähige Schicht 33 und die Oberflächenschicht 34 werden mit dem Herstellungsgerät auf einem gewaschenen Aluminiumzylinder unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen gebildet, wodurch ein lichtempfindliches a-Si-Element in Form einer Trommel hergestellt wird. Außerdem werden verschiedene lichtempfindliche a-Si-Elemente mit einem anderen Mischungsverhältnis von SiH₄ und H₂ in der photoleitfähigen Schicht und mit einer anderen elektrischen Entladungsleistung hergestellt. Tabelle 1

*SCCM = Norm-cm³/min

Das unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen hergestellte lichtempfindliche a-Si-Element wird in ein Bilderzeugungsgerät (NP6750, erhältlich von Canon Kabushiki Kaisha, Japan) eingebaut, und die Temperaturabhängigkeit (Temperaturverhalten) der Aufladbarkeit des lichtempfindlichen a-Si-Elements, das Lichtgedächtnis und die Bildfehler werden bewertet. Bei dem Bilderzeugungsgerät, das bei der Prüfung angewendet wird, wird als Übertragungs- und als Abtrennungs-Aufladeeinrichtung eine Aufladewalze bzw. eine bandförmige Aufladeeinrichtung angewendet.
Die Temperaturabhängigkeit der Aufladbarkeit wird in der folgenden Weise bewertet. Das Oberflächenpotenzial (Dunkelpotenzial Vd) des lichtempfindlichen Elements 3 wird gemessen, ohne dass Licht auf die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 projiziert wird, wobei die Oberflächentemperatur des lichtempfindlichen Elements von Raumtemperatur zu 45 °C verändert und die Temperaturabhängigkeit als Veränderung des Dunkelpotenzials Vd je 1 °C ermittelt wird. Somit wird die Veränderung der Aufladbarkeit je 1 °C gemessen, wobei eine Veränderung, die höchstens 2 V/°C beträgt, als zufriedenstellend angesehen wird.
Was die Bildbewertung in Bezug auf Lichtgedächtnis, Bildfließen, Rauheit o.dgl. anbetrifft, so wird eine kontinuierliche Bilderzeugung unter denjenigen Umgebungsbedingungen, die von den folgenden Bedingungen der Temperatur (°C) und der Feuchtigkeit (rel.F.) geeignet sind, oder unter allen Bedingungen durchgeführt, und dann erfolgt die Bewertung.
(35 ± 2) °C, (85 ± 10 %) rel.F. (Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit);
(25 ± 2) °C, (10 ± 5) % rel.F. (Umgebung mit normaler Temperatur und niedriger Feuchtigkeit);
(15 ± 2) °C, (10 ± 5 %) rel.F. (Umgebung mit niedriger Temperatur und niedriger Feuchtigkeit).
Wenn die Bildqualität bei der Bewertung in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen unterschiedlich ist, erfolgt die Bewertung anhand der schlechtesten Bildqualität.
Die Bewertung in Bezug auf Schleier wurde in der folgenden Weise durchgeführt.
Der Schleier ist der verschleierte Hintergrundsbereich oder verschleierte flächenhafte weiße Bereich (Nicht-Bildbereich), der durch ungeeignete bzw. ungenügende Reinigung hervorgerufen wird, d.h., so ein Bereich hat eine Bilddichte. Der Schleier wurde unter Anwendung einer Dreifarbenkarte (Schwarz/Halbton/Weiß-Karte) (Canon test chart FY9-9017-000) und einer NA-7-Karte (Canon test chart FY9-9060-000) bewertet.
Die Bilderzeugungsvorgänge wurden unter jeder der Umgebungsbedingungen durchgeführt, und die Schärfe an den Rändern der Bilder, die durch Austreten von Toner erzeugten Streifen, die sich entlang der Drehrichtung des lichtempfindlichen Elements erstreckten, und der Schleier wurden bewertet.
Der Schleier wurde unter Anwendung eines Reflexionsdensitometers (Reflection meter model TC-6DS, erhältlich von TOKYO DENSHOKU KABUSHIKI KAISHA) ermittelt, und die Menge des Schleiers wurde als (Ds – Dr) gemessen, worin Ds den schlechtesten Wert der Reflexionsdichte in dem weißen Hintergrundsbereich nach der Bilderzeugung bezeichnet und Dr die mittlere Reflexionsdichte des Übertragungs(bildempfangs)materials P vor der Bilderzeugung bezeichnet. Es wurde der folgende 5-stufige Bewertungsmaßstab angewendet:

1. Ausgezeichnet: (Ds – Dr) < 1,0 %; durch Toneraustritt erzeugte Streifen: keine.
2. Gut: 1,0 ≤ (Ds – Dr) < 1,3 %; durch Toneraustritt erzeugte Streifen: keine.
3. Im Wesentlichen gut: 1,3 ≤ (Ds – Dr) < 1,7 %; durch Toneraustritt erzeugte Streifen: nicht mehr als 0,5 mm und nicht mehr als 3.
4. Im Wesentlichen kein Problem: 1,7 ≤ (Ds – Dr) < 2,0 %; durch Toneraustritt erzeugte Streifen: nicht mehr als 1 mm und nicht mehr als 3.
5. Praktisch etwas problematisch: 2,0 % ≤ (Ds – Dr); durch Toneraustritt erzeugte Streifen: mehr als 1 bis 4.

Was die Bewertung in Bezug auf Schleier anbetrifft, so wurden die Bewertungsstufen 1 bis 3 als zufriedenstellend bewertet.
Das Lichtgedächtnis wurde in der folgenden Weise bewertet:
Für die Bewertung in Bezug auf das Lichtgedächtnis wurde von einer Halbtonkarte (Canon test chart FY9-9042-000 oder FY9-9098-000) und von einer Geisterbildkarte (Canon test chart FY9-9040-000) Gebrauch gemacht.
Was das Lichtgedächtnis anbetrifft, so wurden die unter den jeweiligen Umgebungsbedingungen erzeugten Bilder durch ein Mikroskop betrachtet, und die Bilddichten wurden wie folgt gemessen.
Die Messung der Bilddichte erfolgte unter Anwendung eines Reflexionsdensitometers (erhältlich von Macbeth). Die Menge des Lichtgedächtnisses wurde als (Dm – Dr) gemessen, worin Dr die mittlere Reflexionsdichte des Halbtons nach der Bilderzeugung bezeichnet und Dm die mittlere Reflexionsdichte des Lichtgedächtnisbereichs im Halbtonbildbereich bezeichnet, und die Bewertung erfolgte unter Anwendung des folgenden 5-stufigen Bewertungsmaßstabs:

1. Ausgezeichnet: Das Lichtgedächtnis beträgt weniger als 0,05; das Lichtgedächtnis ist unsichtbar.
2. Gut: Das Lichtgedächtnis beträgt nicht weniger als 0,05 und weniger als 0,10; die Bilddichtedifferenz ist kaum sichtbar.
3. Ziemlich gut: Das Lichtgedächtnis beträgt nicht weniger als 0,10 und weniger als 0,15; das Lichtgedächtnis kann etwas sichtbar sein.
4. Praktisch kein Problem: Das Lichtgedächtnis beträgt nicht weniger als 0,15 und weniger als 0,20; das Lichtgedächtnis ist sichtbar.
5. Etwas problematisch: Das Lichtgedächtnis beträgt nicht weniger als 0,35; das Lichtgedächtnis ist sichtbar.

Das Bildfließen wurde in der folgenden Weise bewertet:
Man ließ das Bilderzeugungsgerät, in dem das als Probe dienende lichtempfindliche a-Si-Element und der Toner eingebaut bzw. untergebracht waren, mindestens 72 Stunden lang in der Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit stehen, so dass in dem Gerät ein stabiler Zustand hergestellt wurde. Danach wurden Bilderzeugungsvorgänge auf 50.000 Blättern durchgeführt, und dann wurde der Hauptschalter abgeschaltet, und man ließ das Gerät 24 Stunden lang stehen.
Nach 24-stündigem Stehenlassen des Geräts wurden 100 kontinuierliche Bilderzeugungsvorgänge durchgeführt, und die ausgegebenen Bilder wurden überprüft.
Als Bildvorlagekarten wurden Canon-Prüfkarten FY9-9058-000 und NA-7 (Canon test chart FY9-9060-000) angewendet.
Was die Bewertung des Bildfließens anbetrifft, so wurden die Bilder unter Anwendung eines Mikroskops betrachtet, und die Be wertung erfolgte anhand der Unschärfe der Zwischenräume zwischen dünnen Linien.

1. Ausgezeichnet: Der unscharfe Bereich beträgt nicht weniger als 9,0; sichtbar.
2. Gut: Der unscharfe Bereich beträgt nicht weniger als 7,1; im Allgemeinen sichtbar.
3. Ziemlich gut: Der unscharfe Bereich beträgt nicht weniger als 5,0; sichtbar.
4. Praktisch kein Problem: Der unscharfe Bereich beträgt nicht weniger als 4,5; sichtbar.
5. Praktisch problematisch: Der unscharfe Bereich beträgt nicht mehr als 4,0 oder weniger als 4,5; deutlich sichtbar.

Die Rauheit des Bildes wurde in der folgenden Weise bewertet:
Man ließ das Bilderzeugungsgerät, in dem das als Probe dienende lichtempfindliche a-Si-Element und der Toner eingebaut bzw. untergebracht waren, mindestens 72 Stunden lang unter allen Umgebungsbedingungen stehen, so dass in dem Bilderzeugungsgerät eine stabile Umgebung hergestellt wurde. Danach wurden 50.000 Blätter verarbeitet, und die Stromquelle des Bilderzeugungsgeräts wurde abgeschaltet.
Nach 24-stündigem Stehenlassen des Geräts wurden 100 kontinuierliche Bilderzeugungsvorgänge durchgeführt, und die Rauheit dieser Bilder wurde bewertet.
Als Vorlage für die Bilderzeugungsvorgänge wurden eine NA-7-Karte (Canon test chart FY9-9060-000) und eine Halbtonkarte (Canon test chart FY9-9042-000 oder FY9-9098-000) angewendet.
Was die Bewertung in Bezug auf die Rauheit anbetrifft, so wurden die Bilder unter Anwendung eines Mikroskops betrachtet, und die Bewertung erfolgte anhand des Bereichs, in dem dünne Linien wegen der Rauheit unterbrochen waren, und die Bewertung wurde anhand eines 5-stufigen Bewertungsmaßstabs durchgeführt.

1. Ausgezeichnet: Der Bereich beträgt nicht weniger als 9,0; unsichtbar.
2. Guts Der Bereich beträgt nicht weniger als 7,1; kaum sichtbar.
3. Ziemlich gut: Der Bereich beträgt nicht weniger als 5,0; kaum sichtbar.
4. Praktisch kein Problem: Der Bereich beträgt nicht weniger als 4,5; sichtbar.
5. Praktisch problematisch: Der Bereich beträgt nicht mehr als 4,0 (weniger als 4,5); deutlich sichtbar.

Bei jeder Bewertung ist die Trommelheizeinrichtung o.dgl. weggelassen worden, als die Bewertung durchgeführt wurde. Für die Beständigkeitsprüfung wurde als Vorlage eine TC-A1-Karte (Canon test chart FY9-9045-000) angewendet. Die Bildproben wurden für jede Prüfkarte mehrere Male ausgegeben.
Andererseits wurden Proben eines lichtempfindlichen Elements hergestellt, indem eine a-Si-Schicht mit einer Schichtdicke von etwa 1 μm unter den Bedingungen für die Herstellung der photoleitfähigen Schicht auf einen Glas-Schichtträger (Corning 7059) und auf einen Si-Wafer, die jeweils an einer zylindrischen Probenhalteeinrichtung angebracht waren, aufgeschichtet wurde. Auf die auf den Glas-Schichtträger aufgeschichtete Schicht wurde eine kammförmige Elektrode aus Al aufgedampft, und die charakteristische Energie (Eu) des Exponentialfunktionsausläufers und die Dichte lokalisierter Zustände (Zustandsdichte DOS) wurden gemessen. Der enthaltene Wasserstoff und das Wasserstoffbindungsverhältnis (Si-H₂/Si-H) der auf den Si-Wafer aufgeschichteten Schicht wurden durch FT-IR gemessen.
10, 11, 12 und 13 zeigen eine Wechselbeziehung zwischen den Ergebnissen der Bewertungen der Temperaturabhängigkeit, des Lichtgedächtnisses, des Bildfließens und der Rauheit anhand der vorstehend beschriebenen Bewertungsmaßstäbe.
Bei jeder Probe des lichtempfindlichen Elements beträgt der Wasserstoffgehalt 10 bis 30 Atom%.
10 zeigt eine Beziehung zwischen der Temperaturabhängkeit bzw. dem Temperaturverhalten und der charakteristischen Energie (Eu) des Exponentialfunktionsausläufers.
11 zeigt eine Wechselbeziehung zwischen der Dichte lokalisierter Zustände (Zustandsdichte DOS) und dem Lichtgedächtnis.
12 zeigt eine Wechselbeziehung zwischen der Dichte lokalisierter Zustände (Zustandsdichte DOS) und dem Bildfließen.
13 zeigt eine Wechselbeziehung zwischen dem Si-H₂/Si-H-Verhältnis und der Rauheit.
Wie aus 10 bis 13 ersichtlich ist, zeigt das lichtempfindliche a-Si-Element, das eine durch die Lichtabsorption unterhalb der Bandlücke gelieferte charakteristische Energie (Eu) des Exponentialfunktionsausläufers von 50 bis 60 meV, eine Dichte lokalisierter Zustände (Zustandsdichte DOS) von 1 × 10¹⁴ bis 1 × 10¹⁶ cm^–3 und ein Wasserstoffbindungsverhältnis (Si-H₂/Si-H-Verhältnis) von 0,2 bis 0,5 hat, gute elektrophotographische Eigenschaften.
Bei dieser Ausführungsform wurden verschiedene lichtempfindliche Elemente unter verschiedenen Bedingungen für das Mischungsverhältnis von SiH₄ und CH₄ in der Oberflächenschicht und die elektrische Entladungsleistung usw. hergestellt.
In Vorstehendem wurde die a-Si-Schicht auf dem Glas-Schichtträger und auf dem Si-Wafer unter den Bedingungen für die photoleitfähige Schicht 33 [beispielsweise 3(c)] hergestellt. Desgleichen wurden Proben der Oberflächenschicht 34 [beispielsweise 3(c)] hergestellt, und die Widerstandswerte wurden unter Anwendung einer kammförmigen Elektrode gemessen. Zur Messung des Widerstandswertes wurde ein MΩ-Prüfgerät (erhältlich von HIOKI) angewendet, während eine Spannung von 250 V bis 1 kV angelegt wurde.
Proben der Oberflächenschichten wurden in das Bilderzeugungsgerät eingebaut, und man ließ das erhaltene Gerät mindestens 72 Stunden lang in einer Umgebung mit 20 °C und 10 % rel.F. stehen, um die Umgebung in dem Bilderzeugungsgerät zu stabilisieren. Dann wurden die Aufladbarkeit und die Fähigkeit zur Beibehaltung des Potenzials bewertet.
Die Widerstandswerte der Proben des lichtempfindlichen Elements und die Stehspannung (kritische Spannung des dielektrischen Durchschlags) wurden gemessen.
Des weiteren wurde eine Beständigkeitsprüfung mit 50.000 Blättern durchgeführt, und dann wurden unter Anwendung einer Halbtonkarte mit einem flächenhaften schwarzen Bereich und eines Übertragungs(bildempfangs)materials 100 kontinuierliche Bilderzeugungsvorgänge durchgeführt, und die von feinen Fehlern bzw. Defekten an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements ausgehende Nadelloch- bzw. Defektableitung wurde bewertet.
9 zeigt die Ergebnisse, aus denen ersichtlich ist, dass der Widerstandswert der Oberflächenschicht vorzugsweise 1 × 10¹⁰ bis 5 × 10¹⁵ Ωcm beträgt, weil in diesem Fall die elektrischen Eigenschaften wie z.B. die Fähigkeit zur Beibehaltung der Ladung, der Wirkungsgrad der Aufladung und die Fähigkeit zur Beibehaltung des Potenzials gut sind und die Nadelloch- bzw. Defektableitung vermieden werden kann. Der Widerstandswert beträgt insbesondere 5 × 10¹² bis 5 × 10¹⁴ Ωcm.
(Ausführungsform 3)
Bei dieser Ausführungsform werden die Eigenschaften des elektrophotographischen lichtempfindlichen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung ähnlich wie bei Ausführungsform 2 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird von einem in 5 gezeigten Gerät, das ein Schichtbildungsgerät für das elektrophotographische lichtempfindliche Element des Bilderzeugungsgeräts unter Anwendung des VHF- bzw. UKW-PCVD-Verfahrens ist, Gebrauch gemacht, und auf einem Aluminiumzylinder, der spanend bearbei tet und gewaschen worden war, wurde unter den in Tabelle 2 gezeigten Bedingungen ein lichtempfindliches a-Si-Element hergestellt, das eine Ladungsinjektionssperrschicht, eine photoleitfähige Schicht und eine Oberflächenschicht umfasste.
Tabelle 2
Außerdem wurden verschiedene lichtempfindliche Elemente mit einem anderen Mischungsverhältnis von SiH₄ und H₂ der photoleitfähigen Schicht und einer anderen elektrischen Entladungsleistung hergestellt, und es wurden ähnliche Prüfungen wie bei Ausführungsform 2 durchgeführt.
Außerdem wurde ein lichtempfindliches a-C:H-Element mit einer Oberflächenschicht, bei der kein CF₄ verwendet wurde, hergestellt.
Andererseits wurden ähnlich wie bei Ausführungsform 2 Proben eines lichtempfindlichen Elements hergestellt, bei denen eine a-Si-Schicht mit einer Dicke von etwa 1 μm unter den Bedingungen der photoleitfähigen Schicht auf einen Glas-Schichtträger (Corning 7059) und auf einen Si-Wafer, die jeweils an einer zylindrischen Probenhalteeinrichtung angebracht waren, aufgeschichtet wurde. Auf die auf den Glas-Schichtträger aufgeschichtete Schicht wurde eine kammförmige Al-Elektrode aufgedampft, und die charakteristische Energie (Eu) des Exponentialfunktionsausläufers und die Dichte lokalisierter Zustände (Zustandsdichte DOS) wurden durch das Konstantphotostromverfahren (CPM) gemessen, und der Wasserstoff, der in der auf den Si-Wafer aufgeschichteten Schicht enthalten war, wurde durch FT-IR (Fourier-Transformations-Infrarotabsorption) gemessen.
Ähnlich wie bei Ausführungsform 2 zeigt das lichtempfindliche a-Si-Element, das eine charakteristische Energie (Eu) des Exponentialfunktionsausläufers von 50 bis 60 meV und eine Dichte lokalisierter Zustände (Zustandsdichte DOS) von 1 × 10¹⁴ bis 1 × 10¹⁶ cm^–3 hat, sehr gute elektrophotographische Eigenschaften.
Als Ergebnis ähnlicher Prüfungen wie bei Ausführungsform 2 ist gefunden worden, dass der Widerstandswert der Oberflächenschicht des lichtempfindlichen Elements ähnlich wie bei Ausführungsform 2 vorzugsweise 1 × 10¹⁰ bis 5 × 10¹⁵ Ωcm beträgt. Er beträgt insbesondere 1 × 10¹² bis 1 × 10¹⁴ Ωcm.
(Ausführungsform 4)
Bei den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen wurde die Bewertung der Beständigkeit o.dgl. mit einem Bilderzeugungsgerät, das mit einem RNG-Aufladeelement und einem elektrophotographischen lichtempfindlichen Element, bei denen die Eigenschaften unterschiedlich eingestellt waren, versehen war, durchgeführt, und die vorteilhaften Wirkungen werden beschrieben.
Sei dieser Ausführungsform wurde die Schaumstoffschicht 21b für die Bildung des Aufladeelements 21 durch Formschäumen von EPDM-Schaumstoffmaterial, in dem durch Kneten Ruß dispergiert worden war, bereitgestellt. In die Schaumstoffschicht 21b wurde ein Metallkern 21a eingefügt, und der Schaumstoffschicht 21b wurde durch Abschleifen eine vorgegebene Abmessung erteilt.
Die mittlere Porengröße der Schaumstoffschicht 21b des RNG-Aufladeelements der vorliegenden Erfindung betrug 100 μm, und ihr spezifischer Volumenwiderstand betrug etwa 3 × 10⁵ Ωcm. Bei dieser Ausführungsform hatte das RNG-Aufladeelement 21 eine Härte von 30°.
Außerdem wurden andere RNG-Aufladeelemente 21 mit anderen Porengrößen hergestellt, indem das Knetverhältnis des Rußes und des Schaumstoffmaterials eingestellt wurde, wobei Rubicelle (Handelsname, erhältlich von TOYO POLYMER KABUSHIKI KAISHA), das ein Polyurethanschaumstoff mit einer sehr geringen Porengröße wie z.B. 20 μm ist, verwendet wurde.
Die Herstellung erfolgte mit einer mittleren Porengröße (Porendurchmesser) von 20 μm, 50 μm, 100 μm, 200 μm, 400 μm, 500 μm, 600 μm oder 800 μm.
Die Herstellung erfolgte mit einem spezifischen Volumenwiderstand von 6 × 10³ Ωcm, 2 × 10⁴ Ωcm, 3 × 10⁵ Ωcm, 7 × 10⁷ Ωcm, 1 × 10⁹ Ωcm, 3 × 10¹² Ωcm oder 1 × 10¹³ Ωcm. Die Härten waren im Wesentlichen dieselben.
Die lichtempfindlichen Elemente 3 waren bei dieser Ausführungsform lichtempfindliche a-Si-Elemente und wurden in derselben Weise wie bei Ausführungsform 2 hergestellt, wobei im Einzelnen die Zustandsdichte DOS 4 × 10¹⁵ cm^–3 betrug, Eu 53 meV betrug und der Widerstand der Oberflächenschicht 5 × 10¹³ Ω·cm betrug.
Sie wurden ähnlich wie bei Ausführungsform 1 in das Bilderzeugungsgerät von 1 eingebaut, und die an das lichtempfindliche Element 3 angelegte Spannung, die Belichtungsmenge, das Dunkelpotenzial und das Hellpotenzial wurden eingestellt. Die Betriebsgeschwindigkeit des lichtempfindlichen Elements 3 betrug 300 mm/s.
Die Oberfläche des RNG-Aufladeelements 21 wurde mit Aufladungsförderungspulver und im Einzelnen mit ZnO-Pulver, dessen Teilchengröße ausreichend geringer war als die eines klassierten Toners, beschichtet, und das überschüssige Pulver wurde entfernt. Das Aufladeelement war drehbar und wurde durch ein Antriebssystem (nicht gezeigt) angetrieben.
Das RNG-Aufladeelement 21 wurde an das lichtempfindliche Element 3 angepresst, und es wurde eine Walze angewendet, um für eine Kontaktspaltbreite von 6 mm mit dem lichtempfindlichen Element 3 zu sorgen.
Während der Beständigkeitsprüfung wurde der Verbrauch der Aufladungsförderungsteilchen regelmäßig überprüft, und die ZnO-Teilchen wurden entsprechend dem Verbrauch zugeführt. Das RNG-Aufladeelement 21 wurde in Gegenrichtung bezüglich des lichtempfindlichen Elements 3 mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 70 mm/s gedreht.
Die mittlere Teilchengröße des Toners betrug 6 μm.
Mit dem Bilderzeugungsgerät, das mit dem Reinigungs- und Aufladeelement 21, das die vorstehend beschriebene Porengröße und den vorstehend beschriebenen spezifischen Volumenwiderstand hatte, ausgestattet war, wurden mit 200.000 Blättern in der Umgebung mit normaler Temperatur und normaler Feuchtigkeit (25 °C, 45 % rel.F.) Prüfungen auf Beständigkeit gegenüber dem Drucken durchgeführt.
Hierbei wurden die Papierblattverarbeitungs-Betriebsbeständigkeitsprüfungen unter Anwendung von TC-A1-Prüfkarten (Canon test chart FY9-9045-000) durchgeführt, und für jede Prüfkarte wurden mehrere Probenbilder hergestellt. Außerdem wurden Bewertungen in Bezug auf Bildfehler wie z.B. mangelhafte Reinigung, Licht gedächtnis, Bildfließen, weiße Flecke und schwarze Flecke durchgeführt. Das Bewertungsverfahren war dasselbe wie bei Ausführungsform 2.
Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse von Bewertungen in Bezug auf das RNG-Aufladeelement 21 und das lichtempfindliche Element 3 vor und nach den Betriebsbeständigkeitsprüfungen. Die Symbole in der Tabelle haben die folgenden Bedeutungen:

E: ausgezeichnet (Es wird eins sehr gute Aufladbarkeit aufrechterhalten; der Grad der mangelhaften Reinigung einschließlich des Schleiers wird bei einem guten Wert gehalten, und der Grad des Bildfließens wird aufrechterhalten); Bewertungsstufe 5.
G: gut (Aufladbarkeit mit guter Bildqualität wird in einem guten Zustand aufrechterhalten, und die Veränderung der Bewertungsstufe des Grades der mangelhaften Reinigung auf dem Bild beträgt nicht mehr als 1); Bewertungsstufe 4.
F: Bildqualität ist wie bei einem herkömmlichen Gerät (Die Beibehaltung der Aufladbarkeit entspricht dem herkömmlichen Grad); Bewertungsstufen 3 bis 1 (Unterscheidung anhand des Grades der mangelhaften Reinigung).

Einheit: Spezifischer Widerstand = Ω·cm;
Ø (Porengröße) = Mikrometer
Härte: etwa 30°

Dann wurde die Härte des RNG-Aufladeelements 21 verändert, und die Prüfungen und die Bewertungen wurden durchgeführt. Der spezifische Volumenwiderstand des RNG-Aufladeelements 21 betrug 3 × 10⁵ Ωcm bis 5 × 10⁷ Ωcm. Tabelle 4

Einheit: Härte = ° (Grad);
Ø (Porengröße) = Mikrometer
Spezifischer Widerstand: etwa 3 × 10⁵ bis 5 × 10⁷ Ω·cm

Das RNG-Aufladeelement 21 wurde in Gegenrichtung mit einer Geschwindigkeit von 70 mm/s in Bezug auf das lichtempfindliche Element 3 ähnlich wie vorstehend beschrieben und außerdem mit einer anderen Relativgeschwindigkeit gedreht.
Die Umfangsgeschwindigkeit des RNG-Aufladeelements 21 wird derart festgelegt, dass eine vorgegebene Relativgeschwindigkeit in Bezug auf das lichtempfindliche Element 3 erzielt wird, wodurch der Kontakt des RNG-Aufladeelements 21 mit dem lichtempfindlichen Element 3 gleichmäßig wird und das Abschaben des nicht übertragenen Toners bei der Reinigung wirksamer wird.
Die Antriebsrichtung kann bei dem Kontaktspalt zwischen dem lichtempfindlichen Element 3 und dem RNG-Aufladeelement 21 dieselbe Richtung haben wie die Drehung des lichtempfindlichen Elements 3, und die Eigenschaften des RNG-Aufladeelements 21 waren sogar in diesem Fall gut.
Sowohl bei der Verwendung eines Einkomponententoners als auch eines Zweikomponententoners bzw. -entwicklers (der beispielsweise Tonerträger enthält) wurden gute Ergebnisse bestätigt.
Was die Aufladungsförderungsteilchen anbetrifft, so können die Tonerteilchen, die durch die Entwicklungseinrichtung des Bilderzeugungsgeräts als Entwickler verwendet werden, die ZnO-Teilchen ersetzen, und in so einem Fall wurden ähnliche Ergebnisse bestätigt.
(Ausführungsform 5)
Bei dieser Ausführungsform wurden das RNG-Aufladeelement 21 und das lichtempfindliche Element 3 ähnlich wie bei Ausführungsform 4 in das Bilderzeugungsgerät von 1 eingebaut, und die Prüfungen und die Änderungen wurden ähnlich wie bei Ausführungsform 3 durchgeführt. Das RNG-Aufladeelement 21 wurde ähnlich wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen in Gegenrichtung bezüglich der Umfangsbewegung des lichtempfindlichen Elements 3 mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 70 mm/s gedreht.
Wie in 6 gezeigt ist, umfasst die Auflade- und Reinigungseinrichtung 2 dieser Ausführungsform ferner eine Teilchenzuführungseinrichtung 23 und an einer Stelle, die sich in Bezug auf die Drehrichtung des RNG-Aufladeelements 21 stromabwärts von der Teilchenzuführungseinrichtung 23 befindet, eine Rakel 22.
Die Bewertungen der Prüfungen dieser Ausführungsform waren gut.
Nach der Betriebsbeständigkeitsprüfung wurde das RNG-Aufladeelement 21 aus dem Bilderzeugungsgerät herausgenommen und untersucht, wobei keine Verminderung oder örtliche Beschränkung der Aufladungsförderungsteilchen festgestellt wurde.
Es wird angenommen, dass das RNG-Aufladeelement 21 durch die Kombination der Synergie der Funktion der Teilchenzuführungseinrichtung 23, die der Oberfläche des RNG-Aufladeelements 21 die Aufladungsförderungsteilchen zuführt, und der Funktion der Rakel 22, die eine geeignete Menge der Teilchen auf dem RNG-Aufladeelement 21 entlang der Achsenrichtung gleichmäßig macht, in einem guten Zustand gehalten werden kann.
Zur Entfernung und/oder zum Gleichmäßigmachen von Teilchen, die die Aufladungsförderungsteilchen auf dem RNG-Aufladeelement 21 einschließen, ist zusätzlich zu der Rakel 22 eine Schaber- bzw. Rakelwalze 24 anwendbar, wie sie in Ausführungsform 1 beschrieben wurde.
In einem Bilderzeugungsgerät kann mehr als ein solches Bauteil bzw. Element bereitgestellt werden. Beispielsweise kann vor und nach des Stelle, wo die Teilchenzuführungseinrichtung 23 dem RNG-Aufladeelement 21 die Teilchen zuführt, ein Mechanismus zur Entfernung/zum Gleichmäßigmachen von Teilchen wie z.B. die vorstehend beschriebene Rakel 22 und/oder Schaber- bzw. Rakelwalze 24 bereitgestellt werden, wodurch die Fremdsubstanzen, die von dem lichtempfindlichen Element 3 entfernt worden sind, wirksamer von dem RNG-Aufladeelement 21 entfernt werden können, was für den anschließenden Reinigungs- und Aufladevorgang von Vorteil ist.
(Ausführungsform 6)
Bei dieser Ausführungsform wird ähnlich wie bei Ausführungsform 3 ein lichtempfindliches a-Si-Element hergestellt, bei dem DOS 2 ×10¹⁵ cm^–3 beträgt, Eu 52 meV beträgt und die Oberflächenschicht 34 aus amorphem Kohlenstoff (a-C:H) besteht und der Widerstand 4 × 10¹³ Ωcm beträgt.
Mit Ausnahme des lichtempfindlichen Elements 3 wurden die Strukturen des RNG-Aufladeelements 21 und die Aufladungsförderungsteilchen in derselben Weise wie bei Ausführungsform 4 bewertet. Bei dieser Ausführungsform wurde das RNG-Aufladeelement 21 ähnlich wie bei Ausführungsform 4 mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 70 mm/s in Gegenrichtung bezüglich des lichtempfindlichen Elements 3 gedreht. Die Ergebnisse nach der Betriebsbeständigkeitsprüfung sind in Tabellen 5 und 6 gezeigt. Tabelle 5

Einheit: Spezifischer Volumenwiderstand (Ω·cm) und
Ø (Porengröße) (μm)
Härte: etwa 30°

Einheit: Härte [° (Grad)] und
Ø (Porengröße) (μm).
Spezifischer Volumenwiderstand: 3 × 10⁵ Ω·cm bis 5 × 10⁷ Ω·cm.

Bei dieser Ausführungsform werden durch die Verwendung der Oberflächenschicht aus a-C:H die Anpassbarkeit an die Härte des RNG-Aufladeelements 21 und an die Porengröße an seiner Oberfläche verbessert. Im Einzelnen ist sogar in dem Fall, dass die Härte des RNG-Aufladeelements 21 niedrig ist, der Umstand, dass die Reibung gering ist, wirksam, um eine Beschädigung, die auf die Reibung der Teilchen und der Schaumstoffschicht 21b an sich mit dem lichtempfindlichen Element 3 zurückzuführen ist, zu unterdrücken.
Wenn andererseits die Härte der Schaumstoffschicht 21b hoch ist, hat die Oberflächenschicht des lichtempfindlichen Elements 3 eine hohe Härte, so dass die Reibung mit dem RNG-Aufladeelement 21 vermindert wird, was zur Folge hat, dass eine Beschädigung des RNG-Aufladeelements 21 unterdrückt wird.
Da ferner gemäß dieser Ausführungsform die zum Antrieb das RNG-Aufladeelements 21 erforderliche Belastung niedrig ist, wird der Abrieb (insbesondere im Fall der Anwendung eines RNG-Aufladeelements mit niedriger Härte) vermindert.
(Ausführungsform 7)
Bei dieser Ausführungsform wurde das lichtempfindliche Element 3 ähnlich wie bei Ausführungsform 6 in derselben Weise wie bei Ausführungsform 2 hergestellt, jedoch enthielt bei dieser Ausführungsform das gasförmige Ausgangsmaterial bei der Herstellung der Oberflächenschicht 34 des lichtempfindlichen Elements fluorhaltiges Gas, und die Entladungsleistung und der Innendruck wurden entsprechend eingestellt.
Das lichtempfindliche Element 3 war ein lichtempfindliches a-Si-Element; die photoleitfähige Schicht 33 war dieselbe wie bei Ausführungsform 6, und die Oberflächenschicht bestand aus fluorhaltigem amorphem Kohlenstoff (a-C:H:F), und ihr spezifischer Widerstand betrug 8 × 10¹⁴ Ωcm. Durch die Wirkung des Fluors war die Reibung der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements niedrig.
(Ausführungsform 8)
Gemäß dieser Ausführungsform ist das lichtempfindliche Element auf der lichtempfindlichen Schicht [organischen photoleitfähigen Schicht (OPC)] mit einer Oberflächenschutzschicht (Deckschicht), die eine Ladungsinjektionseigenschaft hat, ausgestattet. Die Beschreibung erfolgt unter Bezugnahme auf 3(f).
Auf einen Schichtträger in Form eines Aluminiumzylinders wurde durch ein Tauchverfahren eine 5%ige methanolische Lösung von Alkoxymethylpolyamid aufgetragen, um eine Grundierschicht (Zwischenschicht) mit einer Schichtdicke von 1 μm zu bilden.
Anschließend wurden 10 Teile (Masseteile) Titanylphthalocyaninpigment, 8 Teile Polyvinylbutyral und 50 Teile Cyclohexanon 20 Stunden lang durch ein Sandmühlengerät unter Anwendung von 100 Teilen Glasperlen mit einem Durchmesser von 1 mm vermischt und dispergiert. Der Dispersionsflüssigkeit wurden 70 bis 120 Teile Methylethylketon zugesetzt, und sie wurde auf die Grundierschicht aufgetragen und 5 min lang bei 100 °C getrocknet, um eine Ladungserzeugungsschicht 37 mit einer Dicke von 0,2 μm zu bilden.
10 Teile einer Styrylverbindung und 10 Teile eines Polycarbonats vom Bisphenoltyp wurden in 65 Teilen Monochlorbenzol gelöst. Die Flüssigkeit wurde durch ein Tauchverfahren auf die Ladungserzeugungsschicht 37 aufgetragen und wurde durch Heißluft 60 min lang bei 120 °C getrocknet, um eine Ladungstransportschicht 38 mit einer Dicke von 20 μm zu bilden.
Auf der Ladungstransportschicht 38 wurde eine Oberflächenschutzschicht (Deckschicht) 34' vom Ladungsinjektionstyp mit einer Dicke von 1,0 μm gebildet. Bei dieser Ausführungsform wird die Deckschicht in der folgenden Weise hergestellt.
(A) 100 Teile Polyethylenterephthalat mit hohem Schmelzpunkt, das durch Terephthalsäure als Säurekomponente und Ethylenglykol als Glykolkomponente gebildet wird und eine Grenzviskosität von 0,70 dl/g, einen Schmelzpunkt von 258 °C und eine Glasumwandlungstemperatur von 70 °C hat [wobei die Glasumwandlungstemperatur mit einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von 10 °C/min unter Anwendung eines Differenzial(mikro)kalorimeters bei 5 mg einer Messprobe, die durch Schmelzen der Polyester-Harzmaterialprobe bei 280 °C und ihr rasches Abkühlen durch Eiswasser von 0 °C hergestellt worden war, gemessen wurde], und (B) 30 Teile Epoxyharzmaterial vom Typ eines aromatischen Esters (Epoxyäquivalent: 160, Handelsname: Epikote 190P, erhältlich von YUKA SHELL EPOXY) wurden in 100 ml einer flüssigen Mischung von Phenol und Tetrachlorethan (1:1) gelöst.
In die auf diese Weise hergestellte Flüssigkeit wurden als Ladungsrückhaltepulver 60 Masse% SnO₂-Pulver eingemischt. Der Widerstandswert der Deckschicht ist durch Auswahl des Harzmaterials und/oder der Menge des Ladungsrückhaltepulvers einstellbar.
Dann wurden als Photopolymerisationsinitiator (C) 3 Teile Triphenylsulfoniumhexafluoroantimonat zugesetzt, wodurch eine flüssige Harzmaterialmischung hergestellt wurde.
Sie wurde durch eine 20 cm entfernt angeordnete 2-kW-Quecksilberhochdrucklampe (30 W/cm) 8 s lang bei 130 °C gehärtet.
Der spezifische Widerstand der Deckschicht dieser Ausführungsform betrug 8 × 10¹³ Ωcm.
Das RNG-Aufladeelement 21 hat dieselben Werte des spezifischen Volumenwiderstandes, der Härte und der Porengröße wie bei Ausführungsform 3, und es wurde in das Bilderzeugungsgerät von 1 eingebaut. Die Betriebsgeschwindigkeit (Umfangsgeschwindigkeit) des lichtempfindlichen Elements 3 betrug 150 mm/s; die Bedingungen wie z.B. die an das RNG-Aufladeelement 21 angelegte Spannung o.dgl. wurden derart eingestellt, dass die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 3 ein Dunkelpotenzial von –700 V hatte und das Potenzial (Bildbereich) nach der Belichtung durch Zuführung von Bildsignalen –130 V betrug.
Das RNG-Aufladeelement 21 wurde mit einer Kontaktspaltbreite von 6 mm mit dem lichtempfindlichen Element 3 in Kontakt gebracht und wurde mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 70 mm angetrieben. Ähnlich wie bei Ausführungsform 4 wurden um das RNG-Aufladeelement 21 herum die Aufladungsförderungsteilchen-Zuführungseinrichtung 23 und die Rakel 22 angeordnet. Die Aufla dungsförderungsteilchen bestanden ähnlich wie bei Ausführungsform 3 aus ZnO.
Betriebsbeständigkeitsprüfungen wurden mit 10.000 Blättern unter der Bedingung der Umgebung mit normaler Temperatur und normaler Feuchtigkeit durchgeführt, und die Ergebnisse sind bestätigt worden.
Im Einzelnen wurden bei der Ausführungsform die Bildqualität und der Kontakt des RNG-Aufladeelements 21 mit dem lichtempfindlichen Element 3 sogar nach der Prüfung aufrechterhalten. Außerdem wurde weder eine Beschädigung noch ein Abrieb das RNG-Aufladeelements 21 festgestellt. Außerdem wurden sogar nach der Prüfung keine Beschädigung und kein Zerkratzen der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements, die die Bilderzeugung beeinträchtigen, festgestellt.
Gemäß dieser Ausführungsform erhöht das Vorhandensein der Aufladungsförderungsteilchen die wirksame Kontaktfläche zwischen dem RNG-Aufladeelement 21 und dem lichtempfindlichen Element 3, so dass ein hoher Wirkungsgrad der Ladungsinjektion erzielt und das Fließvermögen der Aufladungsförderungsteilchen auf dem RNG-Aufladeelement 21 verbessert wird und infolgedessen ein örtlich begrenzter Druck beseitigt wird.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung auf das lichtempfindliche OPC-Element anwendbar.
Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dass das RNG-Aufladeelement 21 und das elektrophotographische lichtempfindliche Element 3 in dem Bilderzeugungsgerät stationär angeordnet sind, und sie ist bei einer Betriebskassette anwendbar, die das RNG-Aufladeelement 21 und das lichtempfindliche Element 3 als Einheit in Form einer Kassette enthält, die an der Hauptbaugruppe des Bilderzeugungsgeräts abnehmbar angebracht werden kann. Die Kassette kann das RNG-Aufladeelement 21, die Entwicklungseinrichtung 8 mit dem Entwicklerträgerelement 81 und das elektrophotographische lichtempfindliche Element 3 als Einheit in Form einer Kassette enthalten, die an der Hauptbaugruppe des Bilderzeugungsgeräts abnehmbar angebracht werden kann.
Die Erfindung ist zwar unter Bezugnahme auf die hierin offenbarten Bauarten bzw. Strukturen beschrieben worden, ist jedoch nicht auf die dargelegten Einzelheiten beschränkt, und diese Anmeldung soll Abwandlungen oder Abänderungen umfassen, wie sie im Geltungsbereich der folgenden Ansprüche liegen können.

Claims

Bilderzeugungsgerät mit einem Bildträgerelement (3) zum Tragen eines elektrostatischen (Latent)bildes; einer Entwicklungseinrichtung (8) für die Entwicklung des auf dem erwähnten Bildträgerelement (3) getragenen elektrostatischen (Latent)bildes mit Toner zu einem Tonerbild; einer Übertragungseinrichtung (10) zur Übertragung des Tonerbildes auf ein Übertragungs(bildempfangs)material (P) und einer Auflade- und Reinigungseinrichtung (2), die ein drehbares Element (21) zur Entfernung von restlichem Toner von dem erwähnten Bildträgerelement (3) nach der Bildübertragung und zur Aufladung des erwähnten Bildträgerelements (3) enthält; dadurch gekennzeichnet, dass das erwähnte drehbare Element (21) einen elektrisch leitenden Schaumstoff, der Zellen aufweist, und eine auf dem erwähnten elektrisch leitenden Schaumstoff gebildete Schicht aus elektrisch leitenden Teilchen hat und drehbar ist, während es sich an dem erwähnten Bildträgerelement (3) mit der dazwischen befindlichen Schicht aus elektrisch leitenden Teilchen reibt.
Gerät nach Anspruch 1, bei dem die elektrisch leitenden Teilchen Zinkoxid umfassen.
Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Tiefe der Zellen in der Oberfläche des erwähnten drehbaren Elements (21) nicht geringer ist als der Radius der elektrisch leitenden Teilchen.
Gerät nach Anspruch 1, bei dem der Durchmesser der Zellen in der Oberfläche des erwähnten drehbaren Elements (21) nicht mehr als 500 Mikrometer beträgt.
Gerät nach Anspruch 1, bei dem das erwähnte drehbare Element (21) eine Asker-C-Härte von nicht weniger als 15 und nicht mehr als 70 Grad hat.
Gerät nach Anspruch 5, bei dem die Härte nicht weniger als 20 und nicht mehr als 60 Grad beträgt.
Gerät nach Anspruch 1, bei dem der erwähnte elektrisch leitende Schaumstoff einen spezifischen Widerstand von nicht weniger als 10³ und nicht mehr als 10¹² Ω·cm hat.
Gerät nach Anspruch 7, bei dem der spezifische Widerstand nicht weniger als 10⁵ und nicht mehr als 10⁹ Ω·cm beträgt.
Gerät nach Anspruch 1, bei dem die erwähnte Auflade- und Reinigungseinrichtung (2) ein Sammelelement (26) zum Sammeln des Toners von dem erwähnten drehbaren Element (21) hat.