DE1295371B

DE1295371B - Elektrofotografisches Vervielfaeltigungsverfahren

Info

Publication number: DE1295371B
Application number: DER46033A
Authority: DE
Inventors: Gundlach Robert William; Gunther Kenneth William
Original assignee: Rank Xerox Ltd
Current assignee: Xerox Ltd
Priority date: 1962-05-08
Filing date: 1963-05-06
Publication date: 1969-05-14
Also published as: FI44982C; FI44982B; NO118346B; US3196011A; DE1267550B; CH425467A; ES292129A1; LU43693A1; GB1049881A; ES287833A1; NL140635B; NL292401A; BE631983A; AT256625B; SE315201B

Description

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Die Erfindung betrifft ein elektrofotografisches laden wird und daß das so gebildete Ladungsbild in Vervielfältigungsverfahren, bei dem ein der Vorlage an sich bekannter Weise entwickelt und auf ein entsprechendes Ladungsbild auf einer deformier- Trägermaterial übertragen wird, baren, isolierenden Schicht eines elektrofotografische Das gemäß der ersten Verfahrensschritte herge-Aufzeichnungsmaterial erzeugt wird und bei dem die 5 stellte Deformationsbild nimmt bei einer erneuten Oberfläche dieser Schicht unter dem Einfluß der elektrostatischen Aufladung in seinen deformierten Kräfte des dem Ladungsbild zugeordneten elektro- Bereichen eine geringere Ladung auf als in seinem statischen Felds deformiert wird. nicht deformierten Bereichen. Das Muster des Defor-Mit Hilfe eines solchen Vervielfältigungsverfahrens mationsbildes ist dabei sehr viel haltbarer als die sollen möglichst beliebig viele Kopien von einen ein- io bisher durch Aufschmelzen von Tonerteilchen als zigen Original nach Art eines Druckverfahrens her- Druckformen verwendeten Bildplatten. Von einem stellbar sein. Ähnliche auf dem elektrofotografischen solchen Deformationsbild können daher beliebig viele Prinzip aufbauende Vervielfältigungsverfahren sind Kopien in einfacher Weise hergestellt werden, andez. B. in der USA.-Patentschrift 2 576 047 beschrie- rerseits kann aber das Deformationsbild auch wieder ben. Bei diesen bekannten Verfahren wird das in 15 gelöscht werden, so daß die eigentliche Aufzeichbekannter Weise auf einem elektrofotografischen Auf- nungsfläche wiederverwendbar ist. Zeichnungsmaterial erzeugte Pulverbild auf diesem Durch die elektrostatische Aufladung des gemäß dauerhaft aufgeschmolzen oder in einer anderen ge- einer Vorlage hergestellten fertigen Deformationseigneten Weise fixiert. Auf dem elektrofotografischen bildes können daher mit Hilfe der für sich bekannten Aufzeichnungsmaterial entsteht so ein aus elektrisch 20 und bewährten Entwicklungs- und Übertragungsverisolierendem Material aufgebautes, aus isolierenden fahren beliebig viele Kopien in Form der bekannten und fotoleitfähigen Bildteilen bestehendes Bildmuster. Pulverbilder in einfacher Weise hergestellt werden. Durch gleichmäßige Aufladung und anschließende Die so hergestellten Kopien weisen dabei die gleichen gleichförmige Belichtung bzw. Beleuchtung des Bild- hohen Qualitätseigenschaften wie das zuerst hergemusters wird eine elektrostatische Ladung nur inner- 25 stellte Deformationsbild auf.

halb der isolierenden Bildbereiche erhalten, da die Die Erfindung wird an Hand einiger Ausführungs-

fotoleitfähigen Bereiche des Bildmusters durch die beispiele näher erläutert. Im einzelnen zeigt

der Aufladung folgende Belichtung wieder entladen F i g. 1 in schematischer Darstellung die einzelnen

werden. Eine solche das Bildmuster fixiert aufwei- Vorgänge zur Herstellung eines Deformationsbildes,

sende Platte kann dann z. B. in einer trommelförmi- 30 F i g. 2 in schematischer Darstellung eine mögliche

gen Vorrichtung umlaufen, wobei nur eine Aufladung, Art der Weiterbehandlung des Deformationsbildes

Belichtung, Kontaktierung mit elektrostatisch aufge- zur Herstellung von Kopien und

ladenen Tonerteilchen und eine Übertragung des so Fig. 3 einen Aufzeichnungsträger, bei dem das

entwickelten Bildes vorgenommen wird. Dieses zur eigentliche Deformationsbild nach seiner Herstellung

Massenproduktion beliebig vieler Kopien von nur 35 ablösbar ist.

einem Original geeignet erscheinende Verfahren hat Die Fig. IA zeigt das Aufladen einer elektrofoto-

sich in der Praxis jedoch leider nicht bewährt, da die grafischen Platte 10, die aus einem Schichtträger 11,

fotoleitfähigen Materialien, obwohl sie zwar die me- einer fotoleitfähigen Schicht 12 und einer deformier-

chanischen Eigenschaften von fotografischen Emul- baren Schicht 13 besteht. Der Schichtträger 11 be-

sionen übertreffen, bei weitem nicht den Anfor- 40 steht vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden

derungen eines kontinuierlichen Druckverfahrens ge- Stoff und ist mit der fotoleitfähigen Schicht 12 elek-

nügen. irisch verbunden. Er kann gemäß üblicher elektro-

Außerdem neigen die fotoleitfähigen Materialien fotografischer Technik aus Aluminium, Messing oder

dazu, bei einer zyklischen, also mehrfachen Ver- anderen Metallen, metallisiertem Papier oder aus

Wendung eine Restladung in der Schicht aufzubauen. 45 Papier mit einem relativ hohen Feuchtigkeitsgehalt,

Diese als Restpotential bezeichnete Ladung bewirkt, Glas mit einem durchsichtigen leitenden Überzug

daß der Kontrast zwischen den aufzuladenden und gebildet sein.

den nicht aufzuladenden Bereichen des Bildes immer Die Schicht 12 kann aus den verschiedenen Fotogeringer wird und in extremen Fällen sogar voll- leitern, wie sie in der elektrofotografischen Technik ständig verloren geht. 50 bekannt sind, bestehen. Derartige Stoffe sind beiAufgabe der Erfindung ist es daher, ein neues spielsweise glasartiges Selen, Schwefel, Anthrazen Vervielfältigungsverfahren zu schaffen, mit dem in oder andere organische Fotoleiter, Dispersionen von einfacher Weise und unter Vermeidung der vorste- Fotoleitern, wie Zinkoxyd in verschiedenen Kunsthend genannten Nachteile auf elektrostatischem Weg harzen oder anderen elektrisch isolierenden Bindebeliebig viele Kopien von einem Original herstellbar 55 mitteln oder auch Stoffe, deren Leitfähigkeit fotosind, chemisch veränderbar ist. Im vorliegenden Fall be-Bei einem Vervielfältigungsverfahren der eingangs steht die Schicht 12 aus glasartigem Selen und hat genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfin- 20 μΐη Stärke. Die Schichten 11 und 12 sollen sehr dung dadurch gelöst, daß die deformierbare Schicht glatt und homogen sein.

so lange in deformierbarem Zustand gehalten wird, 60 Die Schicht 13 besteht aus einer dünnen Schicht bis sich auf der Schicht ein statistisch unregelmäßig eines elektrisch isolierenden, festen Materials, das verteiltes Muster aus im wesentlichen mikroskopi- durch Wärmeeinwirkung, lösende Dämpfe od. ä. ersehen Erhöhungen und Vertiefungen gebildet hat, die weicht werden kann. Die Schicht 13 kann lichtunim wesentlichen einen gleichmäßigen Seitenabstand durchlässig sein, wenn sie nur nach Bilderzeugung zwischen dem Einfachen und dem Fünffachen der 65 im Reflexionsverfahren betrachtet wird, andernfalls Schichtdicke haben, daß, wenn sich dieses Muster sollte sie durchsichtig sein. Bei einem anderen Auseingestellt hat, gegebenenfalls die Schicht gehärtet führungsbeispiel der Erfindung ist sie eine hochviswird, daß danach die Schicht elektrostatisch aufge- kose isolierende Schicht. Im vorliegenden Ausfüh-

rungsbeispiel besteht sie aus einem thermoplastischen Kunstharz von ungefähr 2 μΐη Stärke.

Die Platte 10 wird relativ zu einer Sprühentladungsvorrichtung 14, die an eine Hochspannungsquelle 15 angeschlossen ist, bewegt und dadurch elektrostatisch aufgeladen. In Übereinstimmung mit der in der Elektrofotografie üblichen Praxis wird eine Aufladung auf etwa 800 V positiv vorgenommen. Der Spannungsabfall ist zwischen den Schichten 12 und

stärkeren Felder im Bereich der unbelichteten Flächenteile auftreten.

Der nächste Verfahrensschritt besteht darin, die deformierbare Schicht 13 temporär zu erweichen, so 5 daß sie physikalisch durch die mechanischen Kräfte, die durch das elektrostatische Muster erzeugt werden, geändert wird. Dabei kann jede Erweichungsmethode angewendet werden, vorausgesetzt, daß sie nicht die elektrische Leitfähigkeit der Schicht 13 so-

13 im umgekehrten Verhältnis ihrer Kapazitäten pro io weit vergrößert, daß dadurch ihre elektrischen Ladun-Flächeneinheit verteilt. Der größte Teil der Spannung gen abfließen können oder sich verteilen. Die üblichen fällt an der fotoleitfähigen Schicht 12 ab. Obwohl
diese eine höhere Dielektrizitätskonstante als die

Schicht 13 hat, ist ihre Kapazität pro Flächenein-

Erweichungsmethoden bestehen darin, die Schicht 13 Dämpfen von Lösungsmitteln auszusetzen oder sie zu erhitzen.

Die Erhitzung ist in F i g. 1D dargestellt. Hier wird die Platte 10 unter ein Heizelement 17 gebracht. Ist das Material der Schicht 13 weich, so wird es durch die elektrostatischen Kräfte deformiert. Nach Fi g. 1D entwickelt die Oberfläche der Schicht 13 in

heit infolge ihrer größeren Stärke geringer. 15

Der nächste Verfahrensschritt besteht darin, die Platte 10 mit einem Licht- und Schattenmuster zu belichten, wie es in F i g. 1B dargestellt ist. Ist der Schichtträger 11 durchsichtig, so kann die Belichtung

auch durch diesen hindurch vorgenommen werden. 20 den Bereichen hoher Feldstärke eine mikroskopisch

Sie kann mit Hilfe eines fotografischen Vergröße- unebene Oberfläche, die als wellig, getüpfelt, runzelig

rungsgerätes 16, mit einer Kamera, durch Kontakt- oder faltig bezeichnet werden kann. Sie bewirkt, daß

belichtung oder auf andere Weise ausgeführt werden. die Schicht 13 ein milchiges bzw. mattiertes Aus-

An den Stellen, wo Licht auf die fotoleitfähige Schicht sehen annimmt, und zwar je nach der Lichtmenge,

12 auftrifft, wird diese elektrisch leitend und ermög- 35 die sie in den verschiedenen Bereichen aufgenommen licht, daß die in der Grenzschicht zwischen der hat. Dadurch liefert sie eine Wiedergabe mit gleich-Schicht 12 und dem Schichtträger 11 gebundene mäßiger Grau-Abstufung.

Ladung in die Grenzschicht zwischen Schicht 12 und Der nächste Verfahrensschritt besteht darin, die

Schicht 13 abwandert. Durch eine derartige Ladungs- Schicht 13 wieder zu härten, um dadurch das Defor-

wanderung wird das elektrische Feld in der Schicht _3o mationsbild in der Oberfläche zufixieren. Dies kann

13 nicht geschwächt, doch wird das Potential örtlich beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die Erbegrenzt an der Oberfläche der Schicht 13 kleiner. weichungseinrichtung entfernt wird. Im allgemeinen Dies ergibt sich dadurch, daß durch die Ladungs- ist es wünschenswert, die Schicht 13, sobald das schichten gewissermaßen Kondensatorplaten gebildet Muster auftritt, zu härten und damit das Muster einwerden, die im Bereich der gewanderten Ladungen ₃₅ zufrieren. Ein Weichmachen durch Hitzeeinwirkung einen geringeren Abstand erhalten, so daß das Poten- läßt im allgemeinen eine schnellere Erhärtung zu. tial der Schicht 13 in den belichteten Flächenteilen Übertriebenes Erweichen oder übermäßig langes Erkleiner wird. weichen der Schicht 13 soll ebenfalls vermieden wer-

Der nächste Verfahrensschritt ist in F i g. 1C dar- den, da dabei ein Verlust des Bildmusters eintreten

gestellt und besteht darin, die Oberfläche der Schicht ₄₀ könnte. Da die Deformation der Schicht 13 durch

13 wieder gleichmäßig aufzuladen, im allgemeinen auf elektrische Kräfte verursacht wird, kann ein zu starkes

die gleiche Höhe wie bei dem Verfahrensschritt nach Erweichen ein Abfließen der Ladungen durch die

F i g. 1 A. In den Flächenbereichen, die vorher be- Schicht bewirken und dabei die das Bild erzeugenden

lichtet wurden und in denen daher eine innere Kräfte beseitigen. Gewisse Materialien mit einem ge-

Ladungswanderung stattgefunden hat, nimmt die ₄₅ nau festliegenden Schmelzpunkt, wie z. B. gewisse

Oberfläche der Schicht 13 eine zusätzliche Ladung Wachse, sind daher nur schlecht für die Schicht 13

auf (s. F i g. 1 C), so daß hier bei gleichbleibender geeignet, da es unausführbar ist, sie in einen zäh-

Kapazität die Spannung ansteigt. Während die Ober- flüssigen Zustand zu bringen.

fläche der Schicht 13 wieder ein Potential des ur- Das so hergestellte Deformationsbild auf der

sprünglichen Wertes erhält, ist das elektrische Feld ₅₀ Schicht 13 wird dann z.B. in einer in Fig. 2 darge-

jetzt in den belichteten Bereichen der Schicht 13 ver- stellten Einrichtung aufgeladen. Diese Einrichtung

stärkt, ebenso auch die elektrostatische Energie, besteht aus einem isolierenden Rahmen 30, der auf

wohingegen die unbelichteten Flächenbereiche nur der gemäß F i g. 1 ausgebildeten Platte 10 aufliegt,

ihre ursprüngliche Ladung behalten. Falls erwünscht, In dem Rahmen 30 ist in horizontalen Reihen in

kann die Platte 10 nochmals in gleicher Weise be- -₅ einem Abstand von etwa 1,25 cm ein korrosions-

lichtet und geladen werden. Dadurch erhält man in beständiger Stahldraht 31 sehr kleinen Durchmessers

den belichteten Flächenteilen der Schicht 13 ein etwas so eingezogen, daß er sich etwa 1,25 cm über dem

stärkeres Feld. Wiederholt man diesen Vorgang mehr- Boden des Rahmens 30 befindet. Der Rahmen ist

mais, so ist es möglich, in den belichteten Flächen- mit einem elektrisch leitenden Glas 32 bedeckt. Ein

teilen der Schicht 13 ein elektrisches Feld zu er- _6o Anschluß einer etwa bis zu 10 000 Volt liegenden

zeugen, das praktisch gleich dem Quotienten aus Gleichspannungsquelle 15 ist mit dem Draht 31 ver-

Gesamtspannung und Stärke der Schicht 13 ist. bunden, während der andere Anschluß mit dem

Trotzdem reicht aber im allgemeinen nur eine einzige Schichtträger 11 der Platte 10 verbunden ist. Die

Belichtung aus. An Stelle einer Aufladung auf das Platte 10 kann sowohl in Gegenwart von Licht als

gleiche Potential, wie es in F i g. 1 A angelegt worden g₅ auch im Dunkeln aufgeladen werden und weist dann

war, kann die Schicht 13 auch auf Null-Potential ein dem Deformationsmuster entsprechendes

gebracht werden. Dadurch werden schwächere Felder Ladungsbild auf, das mit einer der üblichen elektro-

erzeugt oder es entsteht eine Umpolung, bei der die statischen Entwicklungsverfahren entwickelt werden

kann. Beispielsweise kann ein bekannter Kaskadenentwickler, der aus fein verteilten elektroskopischen Tonerteilchen und relativ größeren Trägerpartikeln besteht, an denen die Farbstoffpartikel anhaften, auf die das Ladungsbild tragende Platte 10 aufgebracht werden. Die Tonerteilchen haften dann vorzugsweise an den nicht deformierten Bereichen der Schicht 13 an. Das so entstandene Pulverbild kann auf ein Blatt Papier übertragen werden und das Aufladen, Entwickeln und Übertragen kann beliebig oft wiederholt werden, so daß eine große Anzahl von Kopien von einem einzigen Deformationsbild in sehr einfacher und schneller Weise hergestellt werden können.

Die Möglichkeit, einen solchen bildmäßig nach einer zu vervielfältigenden Vorlage deformierten Aufzeichnungsträger durch eine erneute elektrostatische Aufladung zur Herstellung eines seinem Deformationsmuster entsprechenden Ladungsbilds zu benutzen, beruht auf den unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften der verformten und der nicht verforten bzw. nur schwach verformten Bereiche der Schicht 13. So weisen die stärker verformten Bereiche der Schicht 13 nur eine verminderte Fähigkeit zur Aufnahme und Beibehaltung elektrischer Ladungen, verglichen mit den nur schwach bzw. gar nicht verformten Bereichen, auf. Durch diese unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften einer deformierten Schicht ist daher ein Ladungsbild, also eine differenzierte Ladungsverteilung erzielbar.

Bei einem in F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Aufzeichnungsmaterials 42 kann die das eigentliche Deformationsbild tragende Schicht 13 von den anderen Teilen der Platte 10 abgelöst werden. Um die Trennung der Schichten zu ermöglichen, ist ein dünner Überzug 41 aus Silikonöl vorgesehen, das chemisch mit den anderen Materialien der Platte 10 nicht reagiert. Da die Schicht 13 selbst nicht ohne Veränderungen ihrer Abmessungen von der Platte 10 abgelöst werden kann, wird sie zusammen mit einem gesonderten Schichtträger 40 abgezogen. Als solcher werden hauptsächlich plastische Materialien, wie z. B. Polyvinylchorid, Polyvinylacetat, verwendet. Bevorzugt werden Polyäthylen-Terephthalat-Schichtträger wegen ihrer Maßhaltigkeit und der möglichen dünnen Schichtdicken.

Ein bevorzugter Weg zur Herstellung eines für das Vervielfältigungsverfahren benötigten Deformationsbildes auf einer solchen abziehbaren Schicht besteht darin, zuerst die elektrofotografische Platte 10 aufzuladen und dann die abziehbare Schicht 42 auf die aufgeladene Platte 10 zu bringen. Belichtung, Entladung und Entwicklung können dann gleichzeitig oder getrennt durchgeführt werden.

Eine Löschung des Bildes zur Wiederverwendung der Platte 10 kann durch die gleichen Maßnahmen geschehen, die für das Erweichen der Schicht 13 angewendet werden. Die Schicht 13 wird wieder erhitzt oder den Dämpfen eines Lösungsmittels ausgesetzt. Gleichzeitig einwirkendes Licht bewirkt die Verteilung der Ladungen in der fotoleitfähigen Schicht 12, während das Erweichen der Schicht 13 ebenfalls die Diffusion und Neutralisation der Ladungen bewirkt und damit den Oberflächenkräften ermöglicht, die Oberfläche der Schicht 13 wieder zu glätten. Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß viele feste Materialien, die für die Schicht 13 geeignet sind, ausreichende Fließeigenschaften in ihrem Normalzustand aufweisen, so daß erfindungsgemäß in solchen Schichten hergestellte Bilder sich selbst wieder einebnen und innerhalb gewisser Zeit wieder verschwinden.

Wird eine Wiederholung des Verfahrens in Erwägung gezogen, so ist es insbesondere wichtig, Staubpartikel von der Schicht 13 fernzuhalten, da diese bleibende Strömungen in der Schicht 13 hervorrufen können.

Es lassen sich verschiedene Abänderungen der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte für die Erzeugung eines Deformationsbildes vornehmen. Eine einfache Abänderung besteht darin, daß eine erweichte deformierbare Schicht für eine Zeitdauer bis zu einigen Minuten oder mehr in ihrem erweichten Zustand bleiben kann. Dies gilt besonders dann, wenn die Erweichung durch Dämpfe hochsiedender Flüssigkeiten erreicht wurde oder wenn Hitzeeinwirkung zur Erweichung angewendet wird und die Platte 10 eine hohe Wärmekapazität hat. Bleibt die Schicht 13 für eine beträchtliche Zeitdauer weich, so ist es besser, sie kurz vor der Belichtung zu erweichen.

Claims

Patentanspruch:

Elektrofotografisches Vervielfältigungsverfahren, bei dem ein der Vorlage entsprechendes Ladungsbild, auf einer deformierbaren, isolierenden Schicht eines elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterials erzeugt wird und bei dem die Oberfläche dieser Schicht unter dem Einfluß der Kräfte des dem Ladungsbild zugeordneten elektrostatischen Feldes deformiert wird, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die deformierbare Schicht (13) so lange in deformierbarem Zustand gehalten wird, bis sich auf der Schicht (13) ein statistisch unregelmäßig verteiltes Muster aus im wesentlichen mikroskopischen Erhöhungen und Vertiefungen gebildet hat, die im wesentlichen einen gleichmäßigen Seitenabstand zwischen dem Einfachen und dem Fünffachen der Schichtdicke haben, daß, wenn sich dieses Muster eingestellt hat, gegebenenfalls die Schicht (13) gehärtet wird, daß danach die Schicht (13) elektrostatisch aufgeladen wird und daß das so gebildete Ladungsbild in an sich bekannter Weise entwickelt und auf ein Trägermaterial übertragen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen