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Xerographisches Vervielfältigungsverf ahren Die Erfindung bezieht
sich auf ein xerographisches Verfahren, das besonders zur Vervielfältigung im Rotationsdruck
geeignet ist.
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Bei kontinuierlich arbeitenden, also insbesondere bei rotierenden
xerographischen Vervielfältigungsmaschinell ist die photoleitende Schicht auf einer
zylindrischen Trommel aufgetragen; diese Trommel rotiert durch die verschiedenen
Behandlungsstationen, in dellen die einzelnen Schritte des xerographischen Verfahrens
vollführt werdeil. Bei Trommeln von praktisch möglicher Größe ist die Aufeinanderfolge
der einzelnen Operationen so rasch, daß die erforderliche Relaxationszeit nicht
eingehalten werden kann. Unter diesen Umständen werden in der Selenschicht Ladungen
eingefangen, welche sich von selber nicht befreien können. Eine Ansammlung solcher
Ladungen hat eine beträchtliche Verschlechterung der nach diesem Verfahren erreichbaren
Kontrastschärfe zur Folge.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, in einem weiteren Verfahrensschritt
auf der photoleitenden Schicht eine Ladung aufzubringen, deren Vorzeichen demjenigen
der sensibilisierenden Ladung entgegengesetzt ist. Durch diesen Vorschlag wollte
man die unerwünschten, in dem Selen eingefangenen Ladungen neutralisieren und den
elektrostatischen Kontrast wieder auf seinen ursprünglichen Wert bringen.
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Ein weiterer Vorschlag, der bereits gemacht wurde, bestand darin,
zur Verbesserung des xerographischen Verfahrens auf der photoleitenden Schicht eine
dünne, transparente, hoch isolierende Schicht aufzubringen.
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Diese äußere Schicht, der Überzug, wie sie gewöhnlich genannt wird,
muß transparent sein, damit sie den Lichteinfall auf die photoleitende Isolierschicht
nicht stört, und muß andererseits ein guter Isolator sein, damit keine Querleitfähigkeit
auftritt, welche zu einer Verschmierung des elektrostatischen Bildes führen würde.
Schließlich muß die isolierende Schicht, verglichen mit der Schichtstärke der photoleitenden
Schicht, sehr dünn sein, so daß das an der Gesamtschicht anliegende elektrische
Feld, welches von der auf der Oberfläche des Überzuges liegenden Ladung herrührt,
zum größten Teil an der photoleitenden Isolierschicht auftritt. In der Praxis sind
die überzüge in einer so geringen Schichtstärke aufgetragen, in der die meisten
Stoffe hinreichend transparent sind. Besonders bewährt sich als Überzug Polyvinylacetal.
Es können aber auch andere Werkstoffe wie Vinylharze, Silikone, Zelluloseester und
Zelluloseäther Verwendung finden.
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Erfindungsgemäß wird bei einem xerographischen Reproduktionsverfahren,
bei dem eine mit einer transparenten Isolierschicht überzogene xerographische Platte
verwendet wird und bei dem zunächst eine elektrostatische Ladung einer ersten Polarität
auf der Platte erzeugt und diese Platte zum Zwecke der Erzeugung eines latenten
elektrostatischen Bildes belichtet wird und das elektrostatische Bild anschließend
übertragen und/oder entwickelt wird, vorgeschlagen, daß auf der wiederholt verwendeten
xerographischen Platte vor der Aufbringung der elektrostatischen Ladung der ersten
Polarität in an sich bekannter Weise eine elektrostatische Ladung entgegengesetzter
Polarität aufgetragen wird, so daß die Feldrichtung umg&-dreht wird, und daß
die photoleitende Schicht der xerographischen Platte, so lange die Feldrichtung
umgedreht ist, mit einer aktivierenden Strahlung beleuchtet wird.
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Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es stellt
dar: Fig. 1 das Schema einer xerographischen Rotationsdruckmaschine, Fig.
2 den Verlauf des Restpotentials einer xerographischen Platte in Abhängigkeit von
der Belichtung und Fig. 3 bis 10 schematische Darstellungen des Ladungsbildes
einer xerographischen Platte während der einzelnen Verfahrensschritte.
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In Fig. 1 erkennt man eine erfindungsgemäße xerographische
Rotationsdruckmaschine; sie besteht im wesentlichen aus einer zylindrischen Trommel
10. Die zylindrische Trommel 10 trägt auf ihrem Umfang eine leitende
Unterlage 11; auf dieser Unterlage 11
liegt eine photoleitende Isolierschicht
12 auf, über welche wiederum ein Überzug 13 geschichtet ist. Die
Trommel
ist um ihre Längsachse 36 drehbar und wird durch einen Antrieb in dem aus
der Figur ersichtlichen Sinn gedreht. Bei den gewöhnlichen xerographischen Prozessen
wird die Oberfläche der Trommel, welche die xerographische Platte darstellt, zunächst
an einer Aufladestation 14 aufgeladen, sodann einer Licht-Schatteii-'#7'erteilung
ausgesetzt, etwa mit Hilfe eines optischen Projektionssystems 15; das dadurch
gewonnene Ladungsbild wird mit Hilfe eines elektroskopischen Pulvers entwickelt;
das Pulverbild wird sodann in einer Übertragungsstation 17 auf eine Übernahmefläche,
etwa auf ein Blatt Papier, eine Plastik-oder eine Metallfolie übertragen; eine solche
Übernahmefolie wird z. B. von einer ersten Rolle 18
abgewickelt, durch die
Übernahmestation tangential zu der photoleitenden Schicht hindurchgeführt und sodann
durch eine zweite Rolle 19 aufgewickelt. Zwischen der Aufnahmestation
17 und der Rolle 19 befindet sich eine Fixierstation 20; das restliche
auf der xerographisclien Platte noch haftende Pulver wird in einer Säuberungsstation
35 beseitigt.
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Die elektrischen Vorgänge kann man aus den Fig. 3
bis
6 entnehmen; diese zeigen Schnitte durch eine xerographische Trommel
10. Wenn eine Platte in der Aufladestation aufgeladen wird, so lagern sich
auf der Überzugsschicht 13 positive Ladungen 23 an; diese positiven
Ladungen 23 influenzieren negative Ladungen 24 an der Grenzfläche zwischen
der leitenden Unterlage 11 und der photoleitenden Schicht 12. Setzt man die
xerographische Platte nuntnehr einer Strahlung aus, so werden durch diese Strahlung,
wie in Fig. 4 dargestellt, Paare von Elektronen und Löchern 25, 26 an der
Oberfläche der photoleitenden Schicht 12 erzeugt, d. h. in demjenigen Bereich,
in dem der größte Teil der einfallenden Lichtintensität absorbiert wird. Diese Paare
von Elektronen und Löchern (Defekt-Elektronen) unterliegen dem elektrostatischen
Feld, welches zwischen den Ladungen 23 und den Ladungen 24 herrscht; die
positiven Ladungen 26
(Löcher oder Defekt-Elektronen) werden von der positiven
Ladungsschicht 23 abgestoßen, während die negativen Ladungen 25 (Elektronen)
angezogen werden. Die negativen Ladungen 25 (Elektronen) werden deshalb an
der Grenzfläche 28 zwischen der photoleitenden Schicht 12 und dem Überzug
13 festgehalten, während die positiven Ladungen 26 (Defekt-Elek-tronen)
durch die photoleitende Schicht 12 nach der leitenden Unterlage 11 hin wandern;
dieser Vorgang tritt wahrscheinlich am Ende einer ersten Verfahrensperiode ein und
läßt sich etwa durch das in Fig. 5
gezeichnete Bild darstellen.
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Wie man aus diesem Bild entnehmen kann, verbleiben an denjenigen Stellen,
an denen Licht auf die Platte einfällt, die negativen Ladungen 25 an der
Grenzfläche 28, während die positiven Ladungen 26
durch die photoleitende
Schicht 12 hindurchgelangt sind, um die negativen Ladungen 24 zu neutralisieren,
und zwar in demjenigen Bereiche der leitenden Schicht 11, welcher unmittelbar
im Feld der auf die Platte einfallenden Strahlen liegt. Nicht alle positiven Ladungen
26 wandern aber durch die ganze photoleitende Schicht hindurch; es werden
vielmehr einige während ihres Durchgangs durch diese photoleitende Schicht an Gittereinfangstellen
festgehalten, wie dies durch die Restladung 29 in Fig. 5 angedeutet
ist, welche sich im Innern der photoleitenden Schicht befinden.
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Wenn die Platte nacheinander mehreren Verfahrensperioden unterworfen
wird, so stellt sich schließlich ein Zustand ein, wie er aus dem Ladungsbild der
Fig. 6 entnommen werden kann. Eine beträchtliche Anzahl von positiven Ladungen
29 ist hier innerhalb der photoleitenden Schicht 12 eingefangen. Man nimmt
an, daß in ähnlicher Weise eine Anzahl negativer Ladungen sich an der Grenzfläche
28 ansammeln. Infolge der starken, von den positiven Ladungen 23
her
auf die Ladungen 28 einwirkenden Anziehungs-.kraft ist es nicht möglich,
die negativen Ladungen aus ihren Lagen an der Grenzfläche 28 zu entfernen,
nicht einmal dadurch, daß man eine intensive Beleuchtung einwirken läßt.
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Erfindungsgemäß wurde nun auf dem Überzug eine so starke Ladung von
umgekehrter Polarität, d. h. eine Ladung, deren Vorzeichen demjenigen der
Sensibilisierungsladung entgegengesetzt ist, aufgetragen, daß das Feld in der Platte
eine Richtung annahm, die der unter normalen Ladungsbedingungen herrschenden Feldrichtung
entgegengesetzt war. Zusätzlich wurden bewegliche positive Ladungen in dem Photoleiter
erzeugt, und zwar in so großer Menge, daß unter der Einwirkung des elektrischen
Feldes umgekehrter Richtung an der Grenzfläche zwischen Photoleiter und Isolierüberzug
eine positive Ladungsschicht entstanden ist; es hat sich herausgestellt, daß sich
durch Anwendung dieser beiden Maßnahmen nicht nur die Wirkung der eingefangenen
Ladungen 29 und der Grenzflächenladungen 25 beseitigen läßt, sondern
daß man durch sie auch eine wesentlich erhöhte Kontrastsebärfe und die Möglichkeit
einer erhöhten Kopiergeschwindigkeit gewinnt, diese beiden letzteren Größen werden
sogar besser, als sie bei den Platten ohne Überzug sind. Die Vorteile sind in hohem
Maße überraschend und konnten nicht vorhergesehen werden.
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Die wesentlichen Schritte sind die Erzeugung eines elektrischen Feldes
umgekehrten Vorzeichens in der Platte und die Erzeugung einer positiven Ladungsschicht
an der Grenzfläche zwischen der photoleitenden Schicht und dem isolierenden Überzug
durch Einwirkung des Feldes umgekehrten Vorzeichens. Es wird angenommen, daß die
positiven Ladungen in Gittereinfangstellen und7oder Zuständen bleiben, welche den
Oberflächenzuständen analog sind. Bei regulären Selenplatten wird eine derartige
positive Ladungsschicht dadurch gewonnen, daß die Platte gleichzeitig mit der Anlegung
des Feldes entgegengesetzten Vorzeichens beleuchtet wird; dadurch werden in dem
Photoleiter in der Nähe der inneren Grenzfläche Paare von Elektronen und Löchern
geschaffen. Die auf diese Weise gewonnenen Elektronen werden durch das elektrische
Feld umgekehrten Vorzeichens nach der Metallunterlage hin bewegt, während die positiven
Löcher nach der inneren Grenzfläche zwischen Photoleiter und Isolierschicht bewegt
werden, um dort die erwünschte positive Ladungsschicht aufzubauen. Dem Fachmann
sind darüber hinaus andere Verfahren bekannt, um an einer inneren Grenzfläche, zwischen
einer Selenschicht z. B. und einem isolierenden Überzug eine positive Ladung zu
erzeugen; alle diese Verfahren können ebenfalls angewendet werden. Bei Photoleitern
mit einem verhältnismäßig starken Abklingen nach Aufhören der Einstrahlung können
die positiven Ladungen z. B. dadurch erzeugt werden, daß man von der Metallunterlage
her in die photoleitende Isolierschicht unter der Einwirkung des Feldes umgekehrten
Vorzeichens positive Löcher injiziert. Das Feld bewirkt dann, daß die injizierten
Ladungen sich nach der Grenzfläche zwischen Photoleiter und Isolierüberzug hin bewegen
und dort die erforderliche positive Ladungsschicht bilden.
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Die Umladungsvorgänge kann man sich am besten an Hand der Ladungsbilder
vorstellen, wie sie in den
Fig. 7 bis 10 gezeichnet
sind. Wie man aus Fig. 7 entnehmen kann, wird eine negative Ladungsschicht
auf den Überzug 13 aufgetragen, welche die Aufgabe hat, das in der Platte
herrschende elektrische Feld umzukehren. Wenn man dann in der photoleitenden Schicht
frei bewegliche Löcher erzeugt, etwa dadurch, daß man wie in Fig. 8 eine
Strahlung 22 einfallen läßt so bewirken die einander überlagerten Ladungen
23 und 27 eine Abstoßung der negativen Ladungen 31 und eine
Anziehung der positiven Ladungen 30 nach der Grenzfläche 28, da die
Ladungsdichte 27 größer als diej enige der Ladungen 23 ist. Da die
positiven Löcher in einem Photoleiter wie Selen eine viel größere Reichweite haben
wie die negativen Ladungen, wird ein größerer prozentualer Anteil der negativen
Ladungen 31 in dem Selen eingefangen, so daß ein erheblicher Ratimladungseffekt
in dem Photoleiter eintritt. Gleichzeitig werden an der Grenzfläche 28 die
positiven Ladungen 30 festgehalten, so daß sich an dieser Grenzfläche eine
Schicht von rein positiver Ladung ausbildet. Es tritt also in der xerographischen
Platte eine erhebliche elektrostatische Ladung auf, welche in Form einer definierten
Schicht angeordnet ist.
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Die Kontrastschärfe und auch die mögliche photographische Abzugsgeschwindigkeit
der xerographischen Platte sind unter anderem eine Funktion des verfügbaren Potentials.
Man sieht, daß bei einer gegebenen Aufladespannung nunmehr in der xerographischen
Platte ein weit größeres Potential zur Verfügung steht als je zuvor. Die
graphische Darstellung der Fig. 2 zeigt die praktische Bedeutung dieser Tatsache
auf. Die Kurven A und B wurden unter Verwendung einer Maschine gewonnen,
wie sie in Fig. 1
dargestellt ist. Die Ladestation 14 wurde zunächst für eine
Aufladung auf (+) 825 Volt eingestellt, die Ladestation 21 auf eine entsprechende
Ladung negativen Vorzeichens. Die Lichtquelle 22 spendete ein gleichmäßiges Fluoreszenslicht.
Außerdem war bei 15
eine gleichmäßige elektrische Lichtquelle durch eine Blende
und ein optisches Projektionssystem hindurch wirksam; ferner war eine Elektrometersonde
34 eingeschaltet; dagegen waren die Entwicklungseinrichtung 16 und die Übernahmeeinrichtung
17 außer Betrieb. Die Trommel 10 wurde mehrere Male (etwa 50mal) gedreht,
bis sich an dem Elektrometer ein stationärer Zustand einstellte. Die Spannung des
stationären Zustands wurde für mehrere Öffnungsverhältnisse der Projektionsoptik
und schließlich auch für den Fall bestimmt, daß eine Lichtquelle 33 unter
Ausschaltung der Optik 15 direkt einwirkt. Man erhielt auf diese Weise die
beiden Kurven A und B, die Kurve A für
eine Trommel
10 ohne Überzug und die Kurve B für eine Trommel 10 mit Überzug
13. Unter diesen Umständen blieb bei Verwendung eines Üffnungsverhältnisses
f /4,5 ein Restpotential von 400 Volt im Falle einer Trommel ohne Isolierüberzug;
dagegen verblieb bei gleichem Öffnungsverhältnis im Falle einer Tromniel mit diesem
Überzug ein Restpotential von nur 125 Volt. Bei Verwendung eines gleichmäßigen
fluoreszierenden Lichtes konnte man eine Platte ohne Überzug nicht vollständig aufladen;
es blieb ein Potential von etwa 255 Volt auf der Platte zurück. Andererseits
konnte eine mit einem Überzug versehene Platte durch Einwirkung desselben fluoreszierenden
Lichtes vollständig entladen werden.
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Durch eine weitere Erhöhung des in der Station 21 aufgetragenen negativen
Potentials kann die Wirksamkeit der mit Überzug versehenen Platte noch weiter erhöht
werden. So gelingt es, bei einer Platte mit Überzug bei Belichtung mit einer Optik
des öff-
nungsverhältnisses f /4,5 eine vollständige Entladung herbeizuführen,
wenn man sie nach der Belichtung mit Fluoreszenslicht negativ auflädt. Praktisch
bedeutet dies, daß bei äquivalenter Belichtung, etwa mit einer Optik des Öffnungsverhältnisses
4,5, ein um 275 Volt vergrößerter Potentialkontrast zwischen dem Bild und
den Schattenzonen zur Verfügung steht, wenn man an Stelle einer Trommel ohne Überzug
eine solche mit Überzug verwendet. Es ist daher möglich, eine viel höhere Bildschwärzung
und Schärfe der Bilder durch Verwendung einer solchen Trommel mit Überzug und durch
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu gewinnen. Oder aber man kann bei gleichem
Kontrast im Falle einer Trommel mit Überzug mit einer wesentlich schwächeren Belichtung
auskommen als im Falle einer Trommel ohne Überzug, was zur Folge hat, daß die Ansprüche
an die Lichtstärke der Optik geringer und die mögliche Bildweite der Bilder daher
größer wird.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine definierte Ladungsdoppelschicht
erzeugt (im Gegensatz zu der raumladungsartigen Verteilung der statistisch innerhalb
eines Photoleiters auftretenden Ladungen), und zwar an der Oberfläche der xerographischen
Platte. Das entscheidende Merkmal dieser doppelten Ladungsschicht ist es, daß sie
ihrer Polarität und ihrer Dichte nach definiert ist; es können daher die xerographischen
Platten länger verwertet werden, und ihre Kontrastschärfe ist verbessert. Die doppelte
Ladungsschicht, welche allein durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt wird,
ist daran schuld, daß an dem Photoleiter ein von der äußeren Spannung verschiedenes
Potential anliegt. Trotzdem spricht das Feld an dem Photoleiter nach wie vor auf
einfallende Strahlung an, und jede Änderung des Photoleiterpotentials hat an der
Außenseite des Überzugs eine durch Entwicklung feststellbare Veränderung zur Folge.
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Die Erfindung wurde hier unter Hinweis auf glasartiges Selen beschrieben,
ist aber nicht auf dieses beschränkt. So kann im Falle einer photoleitenden Isolierschicht
(wie z. B. eine Mischung von 5% Arsen und 9#507o glasartigem Selen), welche durch
Aufbringung einer negativen Ladung sensibilisiert wird, genau das gleiche Verfahren
durchgeführt werden, wie wenn man Selen verwendet, mit dem einen Unterschied, daß
die in den einzelnen Verfahrensschritten aufgetragenen Ladungen das entgegengesetzte
Vorzeichen haben als bei der Verwendung von nicht legiertem, glasartigem Selen.
Bei Verwendung eines solchen Photoleiters als photoleitende Schicht 12 der Fig.
1 wird die xerographische Platte dadurch sensibilisiert, daß auf die Iso,-lierschicht
13 negative Ladungen in der Station 14 aufgetragen, und dadurch können elektrostatische
Felder in der Platte aufgebaut werden. In der Ladestation 21 gelangt eine positive
Ladung auf die Isolierschicht 13 zur Erzeugung des Feldes umgekehrten Vorzeichens
in der xerographischen Platte. Freie negative Ladungen werden in der Station 22
durch eine Beleuchtung oder durch Injektion von der leitenden Unterlage her erzeugt.
Unter Einwirkung des herrschenden Feldes wird die an der Grenzfläche 28
erzeugte
Ladungsschicht ein negatives Vorzeichen haben.
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Ganz gleich, was für ein Photoleiter verwendet wird, kann die Beleuchtung,
durch welche die bewegliche Ladung in dem Photoleiter erzeugt wird, zusammen mit
der Aufladevorrichtung, durch welche die Feldumkehrladung aufgetragen wird, in einer
einzigen Station untergebracht sein, so daß die Erzeugung der
beweglichen
Ladungen in dem Photoleiter und der Aufbau des eIektrostatischen Feldes umgekehrter
Polarität gleichzeitig erfolgen. Nach einer anderen Lösung können diese Schritte
aber auch in getrennten Stationen vorgenommen werden.