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Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung eines elektrostatischen Bildes
In der Xerographie ist es üblich, ein latentes elektrostatisches Bild auf einer Oberfläche dadurch zu erzeugen, dass eine photoleitende, isolierende Oberfläche elektrisch aufgeladen und diese Ladung sodann selektiv durch Exposition mit nach einem Muster bzw. einer Vorlage verteilter aktivierender Strahlung abgeleitet wird. Das resultierende elektrostatische Ladungsmuster oder latente Bild kann dann durch Nie- derschlagen eines sogenannten elektroskopischen Pulvers unter Ausnutzung der elektrostatischen Anziehung entwickelt werden. Es entsteht dadurch ein sichtbares Bild in Form entsprechend verteilter elektroskopi- scher Partikeln, das dem latenten elektrostatischen Bild entspricht.
Dieses Pulverbild kann seinerseits auf eine zweite Oberfläche übertragen werden, etwa um einen xerographischen Druck zu erzeugen.
Es ist auch schon bekannt, das latente elektrostatische Bild von der xerographischen Platte durch elektrostatische Induktion auf einen andern Bildträger zu übertragen, auf dem dieses Bild dann-von der xerographischen Platte getrennt-durch Niederschlagen von elektroskopischem Pulver zu einem sichtbaren Bild entwickelt werden kann.
Bisher mussten alle diese Verfahrensschritte, einschliesslich des Niederschlagens des elektroskopischen Pulvers, unter Ausschluss von einer Lichteinwirkung ausgeführt werden. In manchen Fällen ist es jedoch wünschenswert, die Entwicklung, also das Niederschlagen des elektroskopischen Pulvers, in Anwesenheit von Licht auszuführen, also nachdem die das latente elektrostatische Bild tragende Oberfläche dem Umgebungslicht ausgesetzt worden ist.
Die Erfindung befasst sich demnach mit der Aufgabe, ein Verfahren zur Erzeugung eines durch Lichteinwirkung unbeeinflusst bleibenden elektrostatischen Bildes auf einer Isolierschicht zu schaffen, und verwertet hiezu das schon erwähnte Induktionsverfahren. Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass unter Anwendung einer xerographischen Platte, deren photoleitende Schicht fest mit einer Isolierschicht verbunden ist, ein die Isolierschicht und die photoleitende Schicht durchsetzendes elektrostatisches Feld erzeugt wird, worauf die photoleitende Schicht mit einem ein latentes elektrostatisches Bild an der Trennfläche zwischen diesen beiden Schichten erzeugenden Muster aktivierender Strahlung belichtet wird, und dass sodann das elektrische Potential der Isolierschicht ausgeblichen und die photoleitende Schicht gleichmässig mit aktivierender,
das latente elektrostatische Bild von der erwähnten Trennfläche zur Oberfläche der Isolierschicht treibender Strahlung überflutet wird. Mit andern Worten wird also nach der Erfindung zunächst an der Trennfläche einer zusammenhängenden Schichtenfolge aus einer photoleitenden Schicht und einer Isolierschicht ein latentes elektrostatisches Bild erzeugt und dieses Bild wird sodann durch elektrostatische Induktion an die andere Oberfläche der Isolierschicht verschoben, wo es durch Lichteinwirkung auf die Schichtenfolge nicht mehr beeinflusst werden kann.
Vorzugsweise wird die xerographische Platte zunächst in üblicher Weise gleichmässig elektrisch aufgeladen (sensitiviert) und dann durch Belichtung selektiv entladen. Dabei erfolgt die Belichtung entweder durch die Isolierschicht oder durch die Unterlage der xerographischen Platte, wobei natürlich im ersten Falle die Isolierschicht und im zweiten Falle die Unterlage für die"belichtende"Strahlung transparent sein muss. Danach wird die Platte im Dunkeln wieder aufgeladen und schliesslich mit Licht überflutet. In
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Bei einer andem bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt eine Aufladung entsprechend der Bildkonfiguration durch gleichzeitige Belichtung und Anlegen eines Feldes. Diese Verfahrensweise ist i besonders zweckmässig, wenn Photoleiter verwendet werden, die eine kurze Dunkelabfallszeit haben, d. s.
Photoleiter, deren Widerstand im Dunkeln ziemlich niedrig ist, so dass sie Ladung nur über eine ver- gleichsweise kurze Zeit festhalten können, in extremen Fällen nur über den Bruchteil einer Sekunde. Ge- rade Photoleiter mit einer kurzen Dunkelabfallszeit haben häufig eine hohe Lichtempfindlichkeit, und es ist daher recht wichtig, eine Verfahrensweise anzuwenden, die es gestattet, diese Photoleiter in einem elektrophotographischen Verfahren zu verwerten.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh- rungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnungen. Die Fig. 1 - 4 erläutern die einzelnen Arbeitsgänge beim erfindungsgemässen Verfahren. Fig. 5 ist ein Querschnitt durch eine Einrichtung zur Ausübung der Erfindung ; Fig. 6 zeigt schematisch eine Schaltung, die in der Einrichtung nach Fig. 5 verwendet werden kann.
In Fig. 1 ist ein mit einer Beschichtung versehener xerographischer Bildträger 31 dargestellt, der im wesentlichen aus einer photoleitenden Schicht 11 und einer Isolierschicht 14 besteht, die dauer- haft mit der photoleitenden Schicht 11 verbunden ist. Es kann sich etwa um eine Beschichtung han- deln, wie sie in der USA-Patentschrift Nr. 2, 860, 048 beschrieben ist. Die Beschichtung kann in irgend- einer geeigneten Weise erfolgen. Es ist jedoch darauf zu achten, dass dabei nach Möglichkeit kein freier
Raum zwischen der photoleitenden Schicht 11 und der Isolierschicht 12 entsteht und dass die elek- trischen bzw. photoleitenden Eigenschaften der Schichten bei der Beschichtung nicht geändert werden.
Als Beschichtungsmaterial kann beispielsweise Zelluloseazetat, Polystyrol, Polytetrafluoräthylen, Poly- äthylenterephthalat oder dergleichen Harze oder Kunststoffmaterial benutzt werden. Die Schicht 14 kann lichtundurchsichtig oder durchscheinend sein. Die beiden Schichten 11 und 14 werden von einer vorzugsweise liegenden Unterlage 12 getragen und der gesamte Bildträger 31 ist normalerweise in eine lichtdichte Hülle eingeschlossen, wie dies in der USA-Patentschrift Nr. 2, 777, 957 beschrieben ist.
Gemäss der Erfindung wird zunächst im Bildträger 31 ein die Isolierschicht 14 und die photolei- tende Schicht 11 durchsetzendes elektrostatisches Feld erzeugt, beispielsweise indem die leitende Un- terlage 13 geerdet und die Isolierschicht mit Hilfe einer Ladeeinrichtung aufgeladen wird. In Fig. 1 ist schematisch eine Korona-Entladungseinrichtung 30 dargestellt, doch können für den Aufladevor- gang auch andere Vorrichtungen verwendet werden. Das Ladepotential beträgt beim dargestellten Aus- führungsbeispiel vorzugsweise 1000 V, es kann jedoch zwischen etwa 100 V und einem höheren Potential liegen, dem die vorgegebenen Dielektrika standhalten.
Gemäss Fig. 2 wird die photoleitende Schicht 11 sodann durch eine Vorlage 33 hindurch von einer Lichtquelle 32 belichtet. Als Lichtquelle 32 dient beim dargestellten Ausführungsbeispiel eine elektrische Glühlampe. Es kann aber auch irgendeine andere Strahlungsquelle verwendet werden, auf deren Strahlung die photoleitende Schicht 11 des Bildträgers 31 anspricht, beispielsweise eine
Röntgenstrahlenquelle. Die Belichtung erfolgt selektiv entsprechend einem Muster, das sich auf der Vor- lage 33 befindet. Beim Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Film oder Mikrofilm, der in jenen Bereichen, wo eine Belichtung erwünscht ist, relativ lichtdurchlässig ist, wogegen er in den andern Bereichen relativ lichtundurchlässig ist. Es kann aber auch irgendeine andere Vorlage verwendet werden, die Licht selektiv durchlässt oder selektiv reflektiert.
Die Unterlage 12 ist im dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel lichtdurchlässig, um eine Lichtübertragung zu ermöglichen.
Die selektive Belichtung kann auch durch den isolierenden Film 14 von der andern Seite des Bildträgers 31 her erfolgen, wenn dies gewünscht ist, vorausgesetzt dass der Film 14 lichtdurchlässig ist.
In diesem Falle kann dann die Unterlage 12 lichtundurchlässig sein.
Die Mittel zur selektiven Belichtung sind nicht wesentlich für die Erfindung. Es können irgendwelche geeignete Mittel verwendet werden, etwa optische Systeme, Kathodenstrahlröhren, Projektoren, die Vergrösserungen oder Verkleinerungen zwischen Vorlage und Belichtungsmuster an der Schicht 11 gestatten, usw. In den belichteten Bereichen erfolgt in der photoleitenden Schicht 11 nach Massgabe des Feldes, das von der Ladung auf der Oberfläche der Isolierschicht 14 des Bildträgers 31 erzeugt wird, eine Ladungswanderung. Diese Wanderung hat einen Ausgleich der Oberflächenladung zur Folge, wodurch das Potential der belichteten Bereiche vermindert wird.
Ein vollständiger Potentialausgleich tritt jedoch in diesen Bereichen wegen der dazwischen liegenden, als Dielektrikum wirkenden Isolierschicht 14 nicht ein, vielmehr ergibt sich an der Trennfläche zwischen den Schichten 11 und 14 ein latentes
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elektrostatisches Bild. In Fig. 2 sind zur Erläuterung die nunmehr vorhandenen Ladungen durch Plus- und Minuszeichen angedeutet.
Beim nächsten Verfahrensschritt wird gemäss Fig. 3 die Oberfläche des Bildträgers 31 nun abermals einer Ladungsträgerquelle ausgesetzt, etwa wieder einer Korona-Entladungseinrichtung 30, um die Oberfläche der Isolierschicht 14 des Bildträgers 31 auf ein gleichmässiges Potential zu bringen.
Das latente Bild verbleibt dabei zunächst an der Trennfläche zwischen den Schichten 11 und 14.
Anschliessend wird gemäss Fig. 4 die photoleitende Schicht 11 gleichmässig von einer Lichtquelle 32 mit Licht überflutet. Die Lichtquelle ist in Fig. 4 als Glühlampe 32 dargestellt ; es können jedoch auch andere Lichtquellen vorgesehen sein, besonders kann Sonnenlicht bzw. Umgebungslicht verwertet werden oder es kann eine Röntgenstrahlung benutzt werden. Diese Belichtung erfasst die gesamte photoleitende Schicht 11 gleichmässig, wodurch das latente Bild an der Trennfläche zwischen den Schichten 11 und 14 beseitigt und nach dem Induktionsverfahren von dieser Trennfläche zur Oberfläche der Isolierschicht 14 getrieben wird, wie dies in Fig. 4 wieder durch Plus- und Minuszeichen angedeutet worden ist.
Das nunmehr an der Oberfläche der Isolierschicht vorhandene elektrostatische Bild kann durch Lichteinwirkung nicht mehr beeinflusst werden und wird in üblicher Weise verwertet.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei angenommen, dass die Kapazität zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen der Isolierschicht 14 des Bildträgers 31 ebenso wie die Kapazität der unbelichteten photoleitenden Schicht 11 den Wert 1 F hat. Weiterhin sei angenommen, dass die photoleitende Schicht 11 in jedem Bereich, der belichtet wird, ein vollkommener Leiter wird. Wenn die elektrostatische Ladeeinrichtung 30 eine Spannung E von 1000 V hat, so ergibt sich im Hinblick auf die Serienschaltung der beiden Kapazitäten die gesamte Ladungsmenge Q wie folgt :
Q = CE = 0, 5 ijs. 1000 V = 0,005 Coulomb.
Beim Verfahrensschritt nach Fig. 2 (Belichtung) kann die Ladung die Oberfläche der Isolierschicht 14 auf keinem Wege verlassen ; sie bleibt also konstant und die Spannung El über de'1 belichteten Berei-
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geschlossen hat und die einzig wirksame Kapazität Cl diejenige der Isolierschicht 14 ist.
Beim Verfahrensschritt nach Fig. 3 kann die Ladungsmenge Q, die bei der neuerlichen Aufladung der Oberfläche der Isolierschicht 14 zugeführt wird, wie folgt ermittelt werden :
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Es ist dabei zu berücksichtigen, dass nur diejenigen Bereiche betrachtet werden, die gemäss Fig. 2 belichtet worden sind ; demnach stellt C die Kapazität der Isolierschicht 14 und der dazu in Serie liegenden, nunmehr unbelichteten photoleitenden Schicht 11 dar. El ist das wirksame angelegte Ladepotential, das nur 500 V beträgt, da diejenigen Bereiche, die nachgeladen werden, noch eine Restspannung von 500 V aufweisen. Die zusätzliche Ladung von 0,00025 Coulomb bringt die Gesamtladung Q der betrachteten Bereiche auf 0, 00025 + 0,0005 = 0,00075 Coulomb.
Nach voller Belichtung gemäss Fig. 4 kann man schliesslich die Spannung E2 an der Oberfläche des belichteten Bereiches wie folgt bestimmen :
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Die Ladung hat sich in diesem Bereich seit dem Zustand nach Fig. 1 also nicht geändert. Die Änderung der wirksamen Kapazität hat jedoch zu einer Spannungsänderung geführt. Nunmehr ist festzustellen, dass sich Spannungsgradienten an der Oberfläche des Bildträgers 31, also der xerographischen Platte, ergeben, die zwischen 500 - 750 V liegen und die in Fig. 2 dargestellte selektive Belichtung repräsentieren.
Diese Spannungsgradienten gestatten eine Entwicklung des Bildes durch bekannte elektrostatische Entwicklungsverfahren.
Obwohl bei der vorstehenden Erörterung von der Gesamtkapazität und den Gesamtladungen gesprochen wurde, ist die angegebene Begründung auch dann richtig, wenn man von Kapazitäten pro Einheitsfläche und Ladungsdichten pro Einheitsfläche spricht.
Das gemäss Fig. 3 durch eine veränderliche Ladungsdichte gespeicherte latente Bild ist mit üblichen Verfahren nicht zu entwickeln. Nach dem Verfahrensschritt, der in Fig. 4 dargestellt ist, kann jedoch das zur Oberfläche der Isolierschicht 14 verschobene latente Bild durch übliche Verfahren wieder entwickelt werden, u. zw. in Anwesenheit oder Abwesenheit von Licht. Die Arbeitsweise, die in Zusammenhang mit den Fig. 1 - 4 beschrieben wurde, ist nur als Beispiel zu werten. Für spezielle Zwecke können einige Änderungen vorgenommen werden. Bei einer solchen abgeändertenAusführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird zunächst nur in der photoleitenden Schicht 11 ein bleibendes Feld erzeugt.
Dies kann dadurch erfolgen, dass an den Bildträger 31 ein Feld angelegt und dieser dabei gleichmässig
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Ladung in der photoleitenden Schicht, nicht aber auf oder in der Isolierschicht 11. Die Aufladung eines photoleitenden Isolators auf diesem Wege ist in der USA-Patentschrift Nr. 2, 955, 958 beschrieben.
Es folgt nun eine selektive Belichtung mit einem Bild, eine dielektrische Neutralisierung der Isoler- schicht, etwa mittels einer Wechselstrom-Koronaentladung, und dann eine volle Belichtung der Platte, wodurch ein entwicklungsfähiges latentes elektrostatisches Bild entsteht.
Es ist offensichtlich, dass das erfindungsgemässe Verfahren von besonderem Wert ist, wenn photolei- tende Isolierschichten mit relativ schnellem Abfall der Ladung im Dunkeln verwendet werden sollen. Da das latente elektrostatische Bild auf einer Isolierschicht erzeugt wird, bleibt das Ladungsmuster auf der
Schicht unabhängig vom Ladungsabbau in der photoleitenden Schicht erhalten.
Fig. 5 zeigt eine Einrichtung zur Ausübung der Erfindung, die nicht komplizierter ist als die bekannten und handelsüblichen xerographischen Vorrichtungen. Diese Einrichtung gestattet die Erzeugung eines latenten elektrostatischen Bildes, ohne dass die xerographische Platte vor Licht abgeschirmt bzw. während der Verfahrensschritte bewegt werden muss. In der Einrichtung nach Fig. 5 wird eine beschichtete xerographische Platte nach dem erfindungsgemässen Verfahren, das im Zusammenhang mit den Fig. 1 - 4 erläutert worden ist, sensitiviert, belichtet und dann aufgeladen. Die Platte kann dann bei Licht der Vorrichtung entnommen und nach den üblichen Verfahren entwickelt werden, ohne dass eine Lichtabschirmung erforderlich wäre.
Die beschichtete xerographische Platte 31 wird in die Vorrichtung 37 eingelegt, worauf eine Ladeeinrichtung 30, die z. B. eine Korona-Entladungseinrichtung sein kann, durch einen Antrieb 38 über die Oberfläche der Platte bewegt wird. Hemach entwirft die Optik 34 auf die Platte 31 von einer seitens der Lichtquellen 32 beleuchteten Kopiervorlage 39 ein Muster aus Licht- und Schattenflächen. Danach wird die Ladeeinrichtung 30 über die Oberfläche der Platte 31 zurückbewegt.
Die gleichmässige abschliessende Belichtung nach der Erfindung kann einfach erfolgen, indem die Platte 31 abgezogen und dem Umgebungslicht ausgesetzt wird. Dadurch entsteht ein latentes elektrostatisches Bild, das unter vollem Licht entwickelt werden kann.
Fig. 6 zeigt schematisch eine selbsttätige Steuerschaltung zur Betätigung der Einrichtung nach Fig. 5.
Diese Schaltung gestattet einen vollautomatischen Betrieb. Im Betrieb wird der Schalter 40 von einer Handtaste betätigt, wodurch er den Stromkreis für ein Startrelais 41 schliesst. Der Strom fliesst dann über die Kontakte des Relais 41 zum Hochspannungserzeuger 43 für die Ladevorrichtung 30 und zugleich zum Antriebsmotor 45, der die Ladevorrichtung 30 mittels des Antriebsorganes 38 von der Vorderseite zur Rückseite der Einrichtung 37 bewegt. Erreicht die Ladevorrichtung 30 die Rückseite der Einrichtung, so betätigt sie den normalerweise offenen Belichtungsschalter 46, wodurch der Stromkreis für das Belichtungsrelais 42 geschlossen wird. Durch die Betätigung des Relais 42 werden die Stromkreise zum Hochspannungserzeuger 43 und zum Antriebsmotor 45 unterbrochen und zugleich wird der Stromkreis zur Lichtquelle 32 und zu einem Zeitgeber 48 geschlossen.
Sobald der Zeitgeber 50 das Ende eines voreinstellbaren Durchlaufzyklus erreicht hat, öffnet er den normalerweise geschlossenen Zeitgeberschalter 49, wodurch der Stromkreis zum Relais 42 unterbrochen wird. Durch den Abfall des Relais 42 werden die Stromkreise zur Lichtquelle 32 und zum Zeitgeber 48
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unterbrochen und zugleich werden wieder die Stromkreise zum Hochspannungserzeuger 43 und zum Antriebsmotor 45 geschlossen. Hat der Antriebsmotor 45 die Ladeeinrichtung 30 zurück zur Vorderseite der Einrichtung 37 bewegt-dies erfolgt mittels des reversiblen, z. B. als Schraubenspindel ausgebildeten Antriebsorgans 38 - so öffnet die Ladevorrichtung den Schalter 40 durch mechanischen Kontakt, und damit wird die gesamte Einrichtung abgeschaltet.
Die Bewegung der Ladeeinrichtung ist hörbar, so dass die Stillsetzung ein Signal dafür vermittelt, dass der Arbeitszyklus beendet ist. Es kann jedoch auch ein Lichtsignal in der Schaltung vorgesehen sein, das anzeigt, wenn gerade ein Arbeitszyklus abläuft.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzeugung eines durch Lichteinwirkung unbeeinflusst bleibenden elektrostatischen
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unter Anwendung einer xerographischen Platte, deren photoleitende Schicht fest mit einer Isolierschicht verbunden ist, ein die Isolierschicht und die photoleitende Schicht durchsetzendes elektrostatisches Feld erzeugt wird, worauf die photoleitendeSchicht mit einem ein latentes elektrostatisches Bild an der Trennfläche zwischen diesen beiden Schichten erzeugenden Muster aktivierender Strahlung belichtet wird, und dass sodann das elektrische Potential der Isolierschicht ausgeglichen und die photoleitende Schicht gleichmässig mit aktivierender, das latente elektrostatische Bild von der erwähnten Trennfläche zur Oberfläche der Isolierschicht treibender Strahlung überflutet wird.