DE916255C - Elektrophotographisch empfindliches Material und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 5. AUGUST 1954

zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Xerographie und insbesondere auf ein neues und verbessertes elektrophotographisch empfindliches Material.

Beim, χ er ©graphischen Verfahren oder der Elektrophotographie gemäß der USA.-Patentsch.rift 2 297 691 findet eine neue Art eines lichtempfindlichen Materials Verwendung. Es besteht im wesentlichen aus einer leitenden Unterlage mit: einer auf deren Oberfläche aufgebrachten photoleitenden: Isolierschicht. Nach dem beschriebenen Verfahren wird diese photoleitende Isolierschicht elektrisch aufgeladen und bildmäßig belichtet, wodurch man ihre Ladung selektiv zum Verschwinden bringt, so daß ein elektrostatisches, latentes Bild zurückbleibt.

Es liegt auf der Hand, daß die Qualität des latenten, elektrostatischen Bildes und, eines jeden daraus entwickelten sichtbaren Bildes von der Qualität der empfindlichen Schicht, insbesondere von der Gleichmäßigkeit ihrer elektrischen Charakteristikenj und ihrer Fähigkeit abhängt, eine geeignete Ladung anzunehmen, die Ladung bei nicht vorhandener Belichtung gleichmäßig über ihre ganze Fläche beizubehalten und die Ladung mit gleichmäßiger Geschwindigkeit rechtzeitig und im wesentlichen vollständig abzugeben, wenn sie dem Licht ausgesetzt wird.

Eine Art. eines in der Xerographie verwendeten Materials besteht aus einer Metallplattet, deren Oberfläche eine Schicht aus photoleitendem Isolier-

stoff trägt. Ein typisches Beispiel hierfür ist eine Metallplatte mit einem Überzug a,us glasigem Selen. Die allgemeinen Eigenschaften einer solchen Platte machen diese für die Xerographie gut geeignet, doch werden verhältnismäßig kleine Mangel der Platte bei den davon hergestellten Kopien und Bildern deutlich sichtbar. Sie fallen möglicherweise nur wegen der sonst ausgezeichneten Qualität der Bilder besonders stark auf. Wird beispielsweise ίο eine mit glasigem Selen überzogene Aluminiumplatte in der Xerographie verwendet, so: verursachen vorher unsichtbare und meist überhaupt nicht feststellbare Oberflächenfehler auf der Aluminiumgrundplatte kleinere Mängel des Erzeugnisses. Sogar unsichtbare saubere Fingerabdrücke auf der Grundplatte sind auf den von den überzogenen Platten, hergestellten Kopien oder Bildern klar zu erkennen. Dieser Mangel beruht offenbar wenigstens teilweise darauf, daß Aluminium normalerweise gegen Korrosion durch die Ausbildung einer sehr dünnen, natürlichen Oxydschicht geschützt ist, und die Flecke auf der endgültigen xerographischen Platte entstehen durch Unregelmäßigkeiten und ungleiche Dicke dieses sehr dünnen Oxydüberzuges. Man könnte annehmen, daß die geschilderten Mangel dadurch beseitigt werden, können, daß man vor dem Aufbringen des Selens alle Verunreinigungen und den Oxydüberzug von der Oberfläche entfernt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß Sauberkeit allein nicht genügt, um eine gute lichtempfindliche Platte zu erzeugen. So scheint der die Korrosion verhindernde Oxydfilm, welcher zu einem wesentlichen Teile die Ursache ungleichmäßiger und ungenügender xerographischer Eigenschaften ist,, andererseits doch auch wiederum der Erzeugung einer xerographischen Platte von besserer Qualität dienlich, zu sein. Die zur Zeit angewendeten xerographischen Verfahren begünstigen die Aufbringung einer elektrischen Ladung positiver Polarität auf der Isolierschicht. Es hat sich nun gezeigt, daß wenigstens im Falle einer positiven Ladung die xerographische Platte eine geringere Ladungsaufnahmefähigkeit hat und. ihre Ladung wesentlich kürzere Zeit zu behalten vermag, wenn der Überzug aus glasigem Selen unmittelbar auf die oxydfreie, leitende Oberfläche aufgebracht wird. In dieser und anderer Hinsicht ergibt sich, daß die Zwischenschicht bei der Herstellung der Platte' eine wesentliche Rolle spielt, obwohl die Vorgänge, die sich an ihr abspielen, noch nicht restlos geklärt sind.

Erfindungsgemäß wird nun eine xerographische Platte mit verbesserten Eigenschaften dadurch hergestellt, daß man, eine gleichmäßige Schicht von im wesentlichen nicht porösem, amorphem Aluminiumoxyd auf eine völlig saubere¹ Aluminiumunterlage, wie z. B. eine Aluminiumplatte, und auf diese Oxydschicht eine Schicht aus photoleitendem, isolierendem Material, wie z. B. eine Schicht aus glasigem Selen, aufträgt. Bei allen diesen Arbeitsgangen sind die notwendigen Vorsichtsmaßnahmen zu treffen, um eine vollständige Reinheit und eine möglichst vollkommene Abwesenheit submikrosko- | pischer Feuchtigkeitsfilme zu sichern und auch das j Auftreten von Filmen aus absorbierten, oder adsorbierten Verunreinigungen auszuschließen. Das so hergestellte xerographische Material besteht also aus einer Aluminiumgrundlage, einer gleichmäßig dicken Zwischenschicht aus amorphem Akiminiumoxyd und einer darauf befindlichen photoleitenden Isolierschicht. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung setzt sich das- xerographische Material aus einer Aluminiumplatte mit einer gleichmäßigen amorphen Aluminiumoxydzwischenschicht direkt auf der Aluminiumplatte und einer unmittelbar über dem Oxydfilm befindlichen gleichmäßigen, glasartigen Selenschicht zusammen.

Der weiteren. Erläuterung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung dient die Zeichnung, welche eine xerographische Platte, teilweise im Durchschnitt, darstellt.

Das xerographische Gebilde 10 besteht aus einer Unterlage 11 mit einer unmittelbar auf wenigstens eine Oberfläche aufgebrachten Zwischenschicht 12. Weiterhin ist wenigstens ein Teil der Oberfläche des Gebildes· mit einer photoleitenden Isolierschicht 13 bedeckt. Die Unterlage 11 kann von einer Platte oder Folie aius Aluminium von der gewünschten Stärke gebildet werden. Die von wenigstens einer Seite der Aluminiumpla.tte oder -folie getragene Schicht aus Aluminiumoxyd ist außerordentlich dünn und hat einen hohen Grad von Gleichmäßigkeit in allotropischer Form und anderen Eigenschaften, Im allgemeinen ist diese Überzugsschicht zwischen etwa 25 und etwa 300 ÄE und zweckmäßig über etwa 100 ÄE dick. Die auf der Oberfläche der mit der Oxydschicht überzogenen Platte befindliche photoleitende Isolierschicht besteht z. B. aus glasigem Selen in einer Stärke von etwa 10 bis etwa 75 /{.

Die Herstellung der Platte erfolgt mit äußerster Sorgfalt, um völlige Sauberkeit sicherzustellen,. So wird die Aluminiumgrundplatte beispielsweise vollständig von- Schmutz, Fett u. dgl. befreit und dann chemisch gereinigt, um jeden Film oder jede Schicht aus Alumini'umoxyd oder einem anderen Stoff, das einer mechanischen oder mittels eines Lösungsmittels durchgeführten Reinigung Widerstand leistet, zu entfernen. Diese oxydfreie oder chemisch reine Aluminiumplatte wird, dann weiterbehandelt, um auf ihrer Oberfläche einen gleichmäßigen Überzug von amorphem Aluminiumoxyd aufzubringen.

Gemäß einer Ausführungsform, des Verfahrens wird die zuerst mechanisch gereinigte Aluminiumplatte anschließend in ein wäßriges Bad aus einem Gemisch von Fluß- und. Salpetersäure getaucht, wobei darauf zu achtem ist, daß keine äußeren Teile mit der Oberfläche der Aluminiumplatte in Berührung bleiben,. Durch die Einwirkung dieses chemischen Bades auf die Aluminiumplatte wird jede Spur Aluminiumoxyd entfernt, so· daß man eine völlig reine Aluminiumoberfiäche erhält. So^ weit festgestellt werden konnte, greif t das chemische Bad die eigentliche Aluminiumoberfläche nicht an, sondern, nur die darauf befindlichen Oxyd- und anderen Schichten. Die Reinigung wird fort-

gesetzt, bis die Platte ein. vollständig blankes Aussehen hat, worauf man. die chemisch reine AIuminiuimplatte aus dem Bad entfernt und mit destilliertem Wasser wäscht, um die anhaftenden Chemikalien zu beseitigen. Dann wird die Platte in einem gefilterten, erhitzten Luftstrom getrocknet. Hierauf bringt man. die Platte ι Stunde lang in einen mit Luft gefüllten Ofen, der eine Temperatur von 450⁰ C aufweist. Die blanke Metalloberfläche ist dann vollständig frei von Fehlern, und sie kann gleichmäßig mit der Atmosphäre in, Berührung treten. Bei dieser Behandlung erhält die Oberfläche einen gleichmäßigen Film aus amorphem Aluminiumoxyd in einer Stärke von etwa 200 ÄE. Dieser Film ist im wesentlichen nicht porös und frei von einer auf Kris-tallkertibildung¹ beruhenden Stelle. Es ist anzunehmen, daß der Aluminiumoxydfilm einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand hat.

Gemäß einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird die mechanisch reine Aluminiumplatte in, eine heiße, wäßrige Lösung vom Orthophosphorsäure (H₃PO₄) und Salpetersäure eingetaucht. Diese Lösung entfernt jede Spur von Aluminiumoxyd und reinigt außerdem die Oberfläche des Aluminiums selbst so, daß diese geglättet wird. Die Platte wird dann dem chemischen. Bad entnommen, gewaschen und der oben, beschriebenen Wärmebehandlung ausgesetzt, so daß man auf der Oberfläche einen neuen Aluminiumoxydfilm erhält. Soweit festgestellt werden konnte, hat dieser Film ähnliche Eigenschaften wie derjenige auf der obengenannten Platte, welche in die Flußsäure-Salpetersäure-Mischung eingetaucht wurde.

Wird die Erhitzungszeit verändert, so erhält man einen gleichmäßigen Oxydfilm in einem Stärkebereich von etwa 25 bis etwa 200 ÄE.

Jedes dieser Behandlungsverfahren ergibt eine Aluminiumplatte, bestehend aus einer Aluminiumgrundlage und einer dünnen gleichmäßigen Schicht aus amorphem Aluminiumoxyd auf der behandelten Oberfläche der Platte. Diese Aluminiumoxydschicht ist für eine Zeitspanne von verschiedenen Tagen im wesentlichen stabil, so daß man während der nächsten Tage nach der Aufbringung von Selen eine xerographische Platte herstellen kann. Selbstverständlich können, auch andere Behandlungsverfahren Anwendung finden, vorausgesetzt, daß sich dabei eine Aluminiumfläche mit einem ähnlichen Oberflächenfilm aus AIuminiumo'xyd ergibt. Verfahren, die eine poröse Aluminiumoxydschicht oder eine kristallinische Schicht liefern, wurden jedoöh nicht als gleichwertig befunden.

Die mit dem Oxydüberzug versehene Aluminiumunterlage, welche man durch die beschriebene Behandlung erhält, wird dann als Grundplatte für die Herstellung eines xerographischen Materials mit einer gleichmäßigen Zwischenschicht benutzt. Dar bei kann man beispielsweise so vorgehen, daß die mit dem Oxyd überzogene Platte in eine Vakuumkammer mit einem Druck von etwa. V2 μ Quecksilbersäule gebracht und auf einer Temperatur von etwa 60 bis 75 ° gehalten wird. Dabei wird Selen auf die mit dem Oxydüberzug versehene Oberfläche aufgedampft. Die den Oxydüberzug tragende Platte kann aber auch, dadurch mit Selen überzogen werden, daß man geschmolzenes Selen aufsprüht oder überfließen läßt. Zweckmäßig findet anschließend eine Polierbehandlung statt, so daß man eine spiegelglatte Oberfläche erhält. In gleicher Weise können auch andere photoleitende Stoffe in Form einer Schicht auf die mit dem Oxydüberzug versehene Grundplatte aufgebracht werden. Bekannte, schon früher in der Xerographie verwendete! photoleitende Stoffe sind unter anderem: Anthracen, Schwefel, Gemische aus Schwefel und. Selen, u. dgl.

Unter Verwendung der folgenden. Aluminiumgrundplatten, wurde eine Reihe von, xerographisehen Vergleichsplatten hergestellt:

1. eine Grundplatte, die man in der oben beschriebenen Weise durch Reinigung mit einem Gemisch, aus Fluß- und Salpetersäure und durch, eine nachfolgende Oberflächenoxydation in Luft bei einstündiger Behandlung bei 450⁰ C erhielt;

2. eine Platte, die in. ähnlicher Weise unter Reinigung in einem Gemisch von. Phosphor und Salpetersäure und einstündiger Oxydation bei 450⁰ C gewonnen wurde, und

3. eine im Handel erhältliche Aluminiumplatte, die an, der Oberfläche keine sichtbaren Mängel zeigte und auf dieser einen natürlichen Aluminiumoxydfilm trug.

Die genannten Platten wurden durch Vakuumverdampfung bei Vs μ Quecksilberdruck mit einem glasartigen Selenüberzug versehen, wobei die Platten während der Aufdampfung des Selens auf die Platten auf 65⁰C gehalten wurden. Selenoberflächen der genannten Platten nahmen eine elektrische Ladung über 300 Volt auf. Die aus der handelsüblichen Aluminiumplatte hergestellte Platte zeigte bei fehlender Beleuchtung einen Spannungsabfall von 35 Volt/Minute. Bei jeder der anderen Platten betrug der Spannungsabfall unter den gleichen Bedingungen nur 2V2 Volt/Minute. Die vorgereinigten Platten ergaben in xerographischen Prozessen klarere Bilder, die frei von Flecken waren. Von der aus handelsüblichem Aluminium gefertigten xerographischen Platte gewonnene elektrophotographische Kopien zeigten Fingerspuren, Abdrücke und Stellen, die auf der Oberfläche der Originalplatte nicht sichtbar waren. Dagegen waren die xerographischen Platten, die man aus vorbehandelten Aluminiumplatten erhielt, frei von diesen Mangeln.

Bei anderen Versuchen konnte festgestellt werden, daß man Fingerabdrücke u. dgl., welche sich auf den aus handelsüblichem Aluminium hergestellten Platten befinden, nicht durch eine Vorbehandlung beseitigen kann, bei welcher durch Erhitzung der Platte in der beschriebenen oxydierenden Atmosphäre eine zusätzliche Oxydbildung begünstigt wird. Es muß vielmehr zuerst die von Natur aus vorhandene Oxydschicht entfernt werden. Dieser Umstand führt zu dem Schluß, daß die erfindungs-

gemäß hergestellte Oxydschicht gegenüber der natürlichen Oxydschicht Formunterschiede aufweist, und zwar möglicherweise als Variationen in allotropischer Form.

Die Theorie und die genauen Vorgänge, worauf die fortschrittliche Wirkung des neuen xerographischen Materials im allgemeinen und seiner Zwischenschicht im besonderen beruht, können nicht mit Sicherheit angegeben werden. Es wurde jedoch

ίο beobachtet, daß die xerographischen Materialien ein etwas unterschiedliches Verhalten zeigen, wenn man sie durch eine positive oder durch eine negative Ladung empfindlich macht. Auf jeden Fall ist das neue Material in der Xerographie sehr brauchbar

»5 im Gegensatz zu anderen Arten von Materialien, welche bei dem einen oder dem anderen Ladungstyp Mangel aufweisen. Da sich die unterschiedlichen Eigenschaften unter diesen entgegengesetzten Bedingungen durch verschiedene Theorien erklären lassen

ao und keine dieser Theorien bisher voll bewiesen ist, so sei ausdrücklich betont, daß die Erfindung an keine besondere Theorie gebunden ist.

Im übrigen ist anzunehmen, daß die amorphe Natur der Aluminiumoxydzwischenschicht die Stabilität und die Lebensdauer des xerographischen Materials begünstigt, zumal die amorphe Schicht keine Kernbildungsstellen für die Bildung von Selenkristallen aufweist.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrophotographisch empfindliches Material, bestehend aus einer Aluminiumplatte oder Folie, deren Oberfläche eine gleichmäßige Zwischenschicht aus im wesentlichen nichtporösem, amorphem Aluminiumoxyd in einer Stärke von etwa 25 bis etwa 300 ÄE und frei von feststellbaren Flecken und Fehlern trägt, während sich auf der Zwischenschicht eine photoleitende Isolierschicht befindet.

2. Elektrophotographisch empfindliches Material nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitende Isolierschicht aus glasigem Selen besteht.

3. Verfahren zur Herstellung eines elektrophotographisch empfindlichen Materials nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß von der Oberfläche einer Aluminiumunterlage jede Spur von Oxyd und alle sonstigen Verunreinigungen entfernt werden und auf die so gereinigte Oberfläche eine gleichmäßige, im wesentlichen nichtporöse, amorphe Oxydzwischenschicht und hierauf eine photoleitende Isolierschicht auf die Oxydzwischenschicht aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine photoleitende Isolierschicht aus glasigem Selen aufgetragen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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