Elektrophotographisches Aufzeichnungsverfahren und hierfür geeignete Photoleiterschicht

Abstract

 Es wird ein elektrophotographisches Aufzeichnungsverfahren beschrieben, bei dem eine Photoleiterschicht auf einem elektrisch leitenden Schichtträger (1) elektrostatisch aufgeladen, bildmäßig belichtet, das erzeugte Ladungsbild mit einem Flüssigentwickler sichtbar gemacht, das abgeschiedene Tonerbild auf einen Kopeiträger übertragen und die Photoleiterschicht (3) anschließend von Tonerresten und Restladungen befreit wird sowie eine hierfür geeignete Photoleiterschicht (3). Die verwendete Photoleiterschicht (3) ist oberflächlich strukturiert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein elektrophotographisches Aufzeichnungsverfahren, bei dem eine Photoleiterschicht auf einem elektrisch leitenden Schichtträger elektrostatisch aufgeladen, bildmäßig belichtet, das erzeugte Ladungsbild mit einem Flüssigentwickler sichtbar gemacht, das abgeschiedene Tonerbild auf einen Kopieträger übertragen und die Photoleiterschicht anschließend von Tonerresten und Restladungen befreit wird sowie eine hierfür geeignete Photoleiterschicht.

[0002] Bei der elektrophotographischen Kopiertechnik wird eine Photoleiterschicht auf einem elektrisch leitenden Schichtträger elektrostatisch aufgeladen und bildmäßig belichtet. Das entstandene latente Ladungsbild wird mit triboelektrisch aufgeladenen Tonerteilchen entwickelt. In einer verbreiteten Ausführungsform sind die aufgeladenen Tonerteilchen in einer hochisolierenden dielektrischen Flüssigkeit mit einem Volumenwiderstand von mehr als 9 10 Ohm ' cm und einer Dielektrizitätskonstanten von weniger als 3, wie einem Gemisch aus aliphatischen Kohlenwasserstoffen, dispergiert. Diese Dispersionen werden als Flüssigentwickler bezeichnet. Die Tonerbilder werden von der Photoleiterschicht auf den Kopieträger wie Papier übertragen. Die Photoleiterschicht wird dann von Tonerresten und Restladungen für den nächsten Kopierzyklus gereinigt. Für diese zyklische Kopiertechnik werden zweckmäßig die Photoleiterschichten auf metallischen oder metallisierten Schichtträgern wie Metalltrommeln bzw. Endlosbändern aus metallbedampften Kunststoffolien wie Polyesterfolien eingesetzt.

[0003] Ein Nachteil der Flüssigentwicklung ist der damit verbundene Austrag an Dispergierflüssigkeit. Bei der Übertragung des Tonerbildes wird der Kopieträger damit befeuchtet und muß getrocknet werden. Auch wenn die Flüssigkeiten der Dispersionen nicht toxisch sind, so belasten deren Dämpfe doch die Umwelt.

[0004] Eine wirkungsvolle Maßnahme zur Verminderung des Austrags an Dispergierflüssigkeit besteht darin (DE-AS 23 61 833), eine Walze in geringem Abstand von etwa 50 um gegenläufig zu der mit Flüssigentwickler benetzten Photoleiterschicht rotieren zu lassen. Auch wenn die bekannte Maßnahme bereits eine deutliche Verminderung des Austrages an Dispergierflüssigkeit bewirkt, wird zur geringeren Umweltbelastung eine noch weitergehende Verminderung angestrebt.

[0005] Es wurde auch bereits vorgeschlagen, deutsche Patentanmeldung P 30 43 736.6, in einem Verfahren zur Übertragung eines durch Behandlung mit Flüssigentwickler von einem elektrostatischen Ladungsbild hergestellten Pigmentbildes von einem Ladungsbildträger auf einen Kopieträger mit Hilfe eines elektrischen Feldes die Übertragung der Flüssigentwicklerschicht mit bildmäßig angeordneter Pigmentverteilung über einen geringen Abstand bildenden Luftspalt hinweg vorzunehmen. Der Spalt wird durch Abstandshalter in Form von mitlaufenden oder ortsfest zwischen Ladungsbild- und Kopieträger angeordneten Folien, die bis zu 10 % der Kopieträgerfläche abdecken oder durch Teilchen, die mit der Oberfläche des Kopieträgers verbunden sind, hergestellt.

[0006] Die Anordnung einer Folie im Zwischenraum von Ladungsbildträger und Kopieträger oder die Ausrüstung der Kopieträgeroberfläche mit Abstandshaltern kann einerseits den Kopienfluß beeinträchtigen, andererseits erfordert eine solche Maßnahme die zusätzliche Ausrüstung mit speziellem Kopieträgermaterial.

[0007] Es ist auch bekannt (DE-OS 29 38 944, DE-OS 30 06 962), zum störungsfreien Umdruck Oberflächen von Photoleiterschichten glatt einzustellen. Die Rauhstufen müssen dabei kleiner als 0,5 um sein. Nur so werden Fehler, die zu sichtbaren Druckfehlern führen, vermieden. Das Glätten der Oberfläche von Photoleiterschichten wird durch kurzzeitiges Aufschmelzen, zum Beispiel durch Elektronenbestrahlung, unter einer Temperaturbehandlung bei erhöhtem äußeren Druck oder durch chemischen oder elektrochemischen Abtrag erreicht. Die bekannten Verfahren zum Glätten der Ladungsbildträgeroberfläche sind mit erheblichem Aufwand verbunden und erfordern beträchtliche zusätzliche Kosten.

[0008] Es war deshalb Aufgabe der Erfindung, bei einem elektrophotographischen Aufzeichnungsverfahren, das mit Flüssigentwicklung und Übertragen des abgeschiedenen Tonerbildes ausgestattet ist, den nachteiligen Austrag an Dispergierflüssigkeit zu vermeiden, das jedoch gleichzeitig eine gute Volltonentwicklung und Haltonwiedergabe bei guter Auflösung gewährleistet und hierfür geeignete Photoleiterschichten anzugeben.

[0009] Die Lösung dieser Aufgabe geht von einem elektrophotographischen Aufzeichnungsverfahren der eingangs angeführten Art aus und ist dadurch gekennzeichnet, daß man eine Photoleiterschicht verwendet, die oberflächlich strukturiert ist. Die Oberfläche der Photoleiterschicht besitzt eine Rauhtiefe von 5 bis 75 um, vorzugsweise 5 bis 50 um mit Periodenlängen im Bereich von 100 bis 3.000 um. Man kann eine solche strukturierte Oberfläche vorteilhaft dadurch herstellen, daß man die Strukturierung der glatten Photoleiterschicht durch Druck- und Wärmebehandlung vornimmt.

[0010] Es wurde gefunden, daß mit Photoleiterschichten, deren Oberflächen strukturiert sind, bei guter Entwicklung der Austrag an Dispergierflüssigkeit deutlich, bis auf die Hälfte und mehr, verringert wird. Nachteile bei der anschließenden Reinigung traten nicht auf. Es war völlig überraschend, daß, entgegen der allgemeinen Lehre nach extrem glatten Photoleiteroberflächen, ein solches Ergebnis zu erzielen war.

[0011] Photoleiterschichten, die auf metallischem Schichtträger aufgebracht sind, wie solche auf einer Trommel zum Beispiel aus Aluminium, kann man erfindungsgemäß dadurch strukturieren, daß man zunächst die metallische Oberfläche mechanisch abträgt und dann die Photoleiterschicht aus Lösung oder Dispersion aufbringt und trocknet. Dies führt zu entsprechenden Strukturen in beispielsweise Rillen-oder Näpfchenform auf der Photoleiteroberfläche. Photoleiterschichten, die auf einem Bandträger angeordnet sind, kann man oberflächlich so strukturieren, daß man das Trägerband, zum Beispiel eine Polyesterfolie, zunächst nach bekannten Verfahren, wie sie zum Beispiel der DE-OS 28 33 982 zu entnehmen sind, prägt, anschließend die Oberfläche mit Aluminium bedampft und dann die Photoleiterschicht aufträgt und trocknet. Die Prägestruktur des Trägerbandes wirkt sich dabei aus auf die Oberfläche der Photoleiterschicht. Man kann auch die erzeugte glatte Photoleiteroberflächenschicht mechanisch abtragen oder man kann die Photoleiterschicht einem Prägeverfahren aussetzen. Eine strukturierte Oberfläche einer Photoleiterschicht kann auch erzielt werden, wenn man der Lösung oder Dispersion des Photoleiterschichtmaterials indifferent wirkende Strukturelemente wie Pigment- oder Polymerdispersionen vorgegebener Teilchengröße zugibt. Als Photoleiterschichten haben sich solche mit anorganischem Photoleiter wie Selen oder dessen Legierungen, was bevorzugt ist, oder auch solche aus organischen Materialien bewährt.

[0012] Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren näher beschrieben.

[0013] Figur 1 zeigt einen Ausschnitt einer Photoleitertrommel mit dem Aluminiumträger 1, der oberflächlich mit Strukturelementen 2 versehen ist und mit einer Photoleiterschicht 3, die die gleichen Strukturelemente 4 der Aluminiumoberfläche in Form von Erhöhungen und Vertiefungen aufweist.

[0014] Figur 2 gibt schematisch die Strukturierung der Oberfläche einer glatten Photoleiterschicht wieder, Figur 3 deutet auf durch die Strukturierung resultierende, scharfe Kanten einer Oberflächenstruktur hin, und Figur 4 gibt die Möglichkeit an, wie man Kanten nach Figur 3 vermeiden kann.

[0015] Zur Erzeugung von Photoleiterschichten mit Oberflächenstrukturen wird der Träger 1, beispielsweise eine Aluminiumtrommel, vorher zum Beispiel durch mechanischen Abtrag so mit Strukturelementen 2 in Form von Erhöhungen und Vertiefungen versehen, daß diese durch die aufgebrachte Photoleiterschicht 3 hindurch Strukturen 4 auf der Photoleiteroberfläche bewirken (Fig. l). Der mechanische Abtrag von Trägermaterial kann durch Rändeln, durch Ätzen oder aufbauend durch punktuellen Antrag elektrisch leitender Substanzen erzeugt werden. Bei Photoleiterbändern werden die Trägerfolien als Schichtträger, beispielsweise aus Polyester, gerändelt bzw. geprägt und dann einer Metallbedampfung, zum Beispiel mit Aluminium, unterzogen. Die Photoleiterschicht 3 wird durch Aufdampfen, beispielsweise mit Selen, oder durch kontinuierlichen bzw. diskontinuierlichen Lösungsantrag, zum Beispiel durch Sprühbeschichtung, aufgebracht. So wurde eine oberflächlich strukturierte Photoleiterschicht auf einer Aluminiumtrommel durch Eintauchen und langsames Herausziehen mit einer Ziehgeschwindigkeit von 40 cm pro Minute der Trommel aus einer 10 %igen Beschichtungslösung aus gleichen Gewichtsteilen Poly-N-vinylcarbazol und Trinitrofluorenon in Tetrahydrofuran erzeugt. Den Strukturelementen 2 auf der Aluminiumtrommel entsprachen Strukturen 4 in der glänzenden Photoleiterschicht.

[0016] Zur Strukturierung von Photoleiteroberflächen kann man erfindungsgemäß auch von zunächst glatten Photoleiteroberflächen ausgehen, in die man nachträglich Strukturen einbringt, beispielsweise durch mechanischen Abtrag. Es hat sich bei solchen Versuchen überraschend gezeigt, daß man die handelsüblichen Photoleitertrommeln mit Selen oder Selenlegierungen nachträglich durch einfache Druck-und Wärmebehandlung strukturieren kann, was die praktische Durchführung der Erfindung sehr erleichtert. Bei Photoleiterbändern kann man die an sich glatte Oberfläche der Photoleiterschicht in Pressen prägen.

[0017] Das dabei auftretende schwierige Problem, einen allseitig gleichmäßigen Druck auf zum Beispiel eine Trommel als Schichtträger auszuüben, wird mit Hilfe eines Schlauches aus schrumpffähiger Folie, zum Beispiel aus Polyester, etwa Polyethylenterephthalat, gelöst. Derartige Folienschläuche ziehen sich bei Temperaturerhöhung mit großer Kraft zusammen. Sie sind im Handel erhältlich und werden in verschiedenen Durchmessern vertrieben. Eine entsprechende Herstellungsweise wird in Figur 2 beschrieben.

[0018] Wie dort gezeigt, wurde eine Trommel l aus Aluminium von 12 cm Durchmesser mit der Photoleiterschicht 3 aus Selen-Tellur zuerst mit je einer Lage einer Prägematrize 5, im vorliegenden Fall waren es verschiedene Siebdruckgewebe, und dann stramm mit Schrumpfschlauch 6 vom Durchmesser von etwa 120 mm und einer Folienstärke von etwa 20 um überzogen. Nach Lagern des Ganzen über etwa 3 Minuten in einem Trockenschrank von 150°C, in denen sich der Aluminiumschichtträger auf etwa 60°C erwärmte, traten die ersten Eindrücke auf der Selen-Tellur-Oberfläche auf. Die längste zulässige Temperaturdauer ohne Beeinträchtigung der Photoleitungseigenschaften war 5 Minuten, entsprechend einer Temperatur des Aluminiumschichtträgers von etwa 75°C. Die Eindrücke waren nach längerer Temperzeit tiefer. Durch Abstufung der Temperzeiten konnten entsprechend auch die Eindrücke abgestuft werden, so daß ein Satz von oberflächlich strukturierten Photoleitertrommeln unterschiedlicher Eindrucktiefen und Strukturperioden für die kopiertechnische Prüfung zur Verfügung stand. Nach Entfernen von Schrumpfschlauch 6 und Prägematrize 5 konnten die Photoleitertrommeln in einem handelsüblichen Kopiergerät eingespannt und mit ihrer Hilfe-Kopien hergestellt werden. Bei einer Trommel mit gut ausgebildeten Strukturen, entsprechend einer Rauhtiefe zwischen höchsten und tiefsten Stellen von etwa 45 um und einer Periodenlänge von etwa 110 um, war der Austrag an Dispergierflüssigkeit, einem flüssigen aliphatischen Kohlenwasserstoff mit einem Siedepunktsbereich von 180 - 230°C, nur 0,055 g pro DIN A 4-Kopie. Mit einer normalen, oberflächlich glatten Walze und bei Kopien gleichen Kontrastes betrug der Austrag vergleichsweise 0,120 g pro DIN A 4-Kopie, d.h. der Austrag an Dispergierflüssigkeit wurde durch die Strukturierung der Photoleiteroberfläche um 54 % erniedrigt. Es war überraschend, .daß die Verfahrensschritte der elektrostatischen Aufladung, der Belichtung und der Reinigung mit Schaumstoffwalze und Wischerblatt und der Entfernung der Restladungen nicht erkennbar beeinträchtigt wurden.

[0019] Bei Betrachtung unter einer Lupe zeigten die Bildstellen, zum Beispiel die Striche auf den mit der oberflächlich strukturierten Photoleitertrommel mit Rauhtiefen von mehr als 20 um hergestellten Kopien, eine punktweise oder tropfenförmige Struktur. Die durch die Strukturierung der Photoleiteroberfläche erzeugten Erhebungen wirken vermutlich als Abstandshalter. Bei Rauhtiefen von unter 20 um für die Photoleiteroberflächen konnten solche punktweisen oder tropfenförmigen Strukturen auf den Kopien nicht erhalten werden bei fast vergleichbarer Verminderung des Flüssigkeitsaustrags.

[0020] Eine Deutung dieser Vorgänge kann zur Zeit nur insoweit gegeben werden, daß bei relativ großen Oberflächenstrukturen die Tropfenbilder durch Tonerübertragung über einen Luftspalt hinweg entstehen, der sich in Größenordnung der Rauhtiefen einstellt. Der Mechanismus der Verminderung des Austrags an Disperflüssigkeit bei Strukturen mit Rauhtiefen von unter etwa 20 um ist noch unklar.

[0021] Das erfindungsgemäße Aufzeichnungsverfahren kann demnach so eingestellt werden, daß sowohl Kopien mit Bildstellen von punktweiser oder tropfenförmiger Struktur als auch Kopien mit Bildstellen aus gleichförmiger Pigmentabscheidung erhalten werden können bei gleichzeitiger vergleichbarer Minderung des Austrags an Dispergierflüssigkeit.

[0022] Eine Strukturierung von Fnotoleiterschichtoberflächen, die einen monomeren oder polymeren organischen Photoleiter enthalten, mit Hilfe der beschriebenen Schrumpfschlauchtechnik kann bei Temperaturen im Bereich von 60 bis 120°C erfolgen.

[0023] Die Strukturierungstechnik mit Hilfe von Schrumpfschläuchen erweist sich als sehr variabel, denn es können, je nach eingelegter Matrix, unterschiedliche Strukturformen erzeugt werden. Beispielsweise können Strukturen, die mit dem erwähnten Siebdruckgewebe 5 erzeugt wurden, scharfkantige Formen 7 aufweisen, wie dies in Figur 3 angedeutet ist. Sie können an bildfreien Stellen auf dem Kopieträger unerwünschte feine Pigmentmuster verursachen. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die scharfen Kanten dadurch zu vermeiden, daß man zwischen Siebdruckgewebe 5 und Photoleiterschicht 3 eine glättende Zwischenfolie 8 in zum Beispiel geringerer Dicke als die Schrumpfschlauchfolie, hier aus 10 um dicker Polyesterfolie, einlegte, wie dies aus Figur 4 hervorgeht. Man erhält dann eine Struktur mit einem weitgehend sinusförmigen Querschnitt. Die mit einer derart wellig strukturierten Photoleitertrommel hergestellten Kopien sind überraschend gut grundfrei, zeigen in sich sehr gleichförmige Voll- und Halbtonbereiche und eine unvermindert gute Auflösung von 6,3 Linien/mm. Bei der Betrachtung unter einer Lupe zeigten die Kopien in den Bildbereichen eine weitgehend gleichförmige Pigmentabscheidung. Der Austrag an Dispergierflüssigkeit wurde zu 0,070 g/DIN A 4-Kopie bestimmt.

[0024] Die Rauhtiefe der dafür benutzten Photoleiteroberfläche betrug um 6 um. Bei unterschiedlichen Periodenlängen der Strukturen zwischen 110 um und 700 um wurden dennoch ähnliche Ergebnisse erzielt.

[0025] Die Verwendung der erfindungsgemäß strukturierten Photoleiteroberflächen zeigt auch noch folgenden Vorteil:

Beim Kopieren auf glatten, nicht saugfähigen Kopieträgern wie Polyesterfolien waren die Kopien bei den üblichen oberflächlich glatten Photoleiterschichten etwas verwischt und dadurch unscharf. Beim Kopieren mit erfindungsgemäß oberflächlich strukturierten Photoleiterschichten konnten auch hier scharfe Kopien hergestellt werden. Dies kann vermutlich auf den punkt- bzw. tropfenweisen Antrag der Bildstellen zurückgeführt werden.

[0026] Weiterhin wurde eine oberflächlich strukturierte Pnotoleiterschicht durch den Einbau von Strukturelementen in die Photoleiterschicht selbst erhalten. Beispielsweise wurde die 10 %ige Beschichtungslösung aus gleichen Gewichtsteilen Poly-N-vinylcarbazol und Trinitrofluorenon in einer 3 %igen Dispersion von Polytetrafluorethylen in Tetrahydrofuran angesetzt. Die in einer wäßrigen Dispersion angelieferten Partikel von einem Durchmesser bis zu 60 um waren dazu vorher mehrfach in Tetrahydrofuran gewaschen worden. Die im trockenen Zustand 9 um dicke Photoleiterschicht auf einem Schichtträger aus einer 50 um dicken Polyesterfolie mit einer aufgedampften Aluminiumschicht zeigte oberflächlich Kuppen. Zum Kopieren in einem Kopiergerät wurde das Photoleiterband um eine Trommel gespannt, negativ bis auf etwa 950 V aufgeladen, belichtet und mit Tonerflüssigkeit entwickelt. Die Tonerflüssigkeit enthielt positiv aufgeladene Pigmentteilchen. Die Kopien waren grundfrei, nur bei genauer Betrachtung unter einer Lupe zeigten die bildfreien Stellen schwache punktförmige Tonerabscheidungen entsprechend der Oberflächenstruktur. Der Austrag an Dispergierflüssigkeit durch die Kopien betrug 0,068 g flüssigen aliphatischen Kohlenwasserstoff pro DIN A 4-Kopie. Bei oberflächlich glatten Photoleiterschichten wird sonst ein Austrag von 0,115 g pro DIN A 4-Kopie gemessen.

Ansprüche

1. Elektrophotographisches Aufzeichnungsverfahren, bei dem eine Photoleiterschicht auf einem elektrisch leitenden Schichtträger elektrostatisch aufgeladen, bildmäßig belichtet, das erzeugte Ladungsbild mit einem Flüssigentwickler sichtbar gemacht, das abgeschiedene Tonerbild auf einen Kopieträger übertragen und die Photoleiterschicht anschließend von Tonerresten und Restladungen befreit wird, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Photoleiterschicht verwendet, die oberflächlich strukturiert ist.

2. Aufzeichnungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Photoleiterschicht verwendet, die eine Rauhtiefe von 5 bis 75 um besitzt.

3. Aufzeichnungsverfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Photoleiterschicht verwendet, die eine Rauhtiefe von 5 bis 50 um mit Periodenlängen von 100 bis 3.000 um besitzt.

4. Aufzeichnungsverfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Photoleiterschicht verwendet, die durch Druck- und Wärmebehandlung oberflächlich strukturiert wurde.

5. Aufzeichnungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Photoleiterschicht verwendet, die mittels eines übergezogenen Schrumpfschlauchs mit eingelegter Prägematrize bei Temperaturen von 60 - 120°C strukturiert wurde.

6. Aufzeichnungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Photoleiterschicht verwendet, die mittels eines übergezogenen Schrumpfschlauchs mit eingelegter Prägematrize und Zwischenfolie strukturiert wurde.

7. Aufzeichnungsverfahren nach Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Photoleiterschicht aus Selen oder dessen Legierungen verwendet, die bei Temperaturen von 60 - 75°C strukturiert wurde.

8. Aufzeichnungsverfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Photoleiterschicht verwendet, deren Oberflächenstruktur durch die Oberflächenstruktur des Schichtträgers gebildet wird.

9. Aufzeichnungsverfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Photoleiterschicht verwendet, die man durch den Einbau von indifferent wirkenden Strukturelementen in die Photoleiterschicht erhält.

10. Photoleiterschicht auf einem elektrisch leitenden Schichtträger, dadurch gekennzeichnet, daß sie oberflächlich strukturiert ist.

11. Photoleiterschicht nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie Rauhtiefen von 5 bis 75 µm besitzt.

12. Photoleiterschicht nach Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie Rauhtiefen von 5 bis 50 um mit Periodenlängen von 100 bis 3.000 µm besitzt.

13. Photoleiterschicht nach Ansprüchen 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Selen oder dessen Legierungen besteht.

Zeichnung