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Verfahren zum xerografischen Drucken Die Erfindung betrifft Verbesserungen
in xerografischen Druckverfahren, in denen eine Oberfläche aufgeladen wird, damit
sie ein elektrostatisches Bild bewahrt, das danach durch Aufbringen eines Entwicklers
sichtbar gemacht wird, der elektrisch selektiv auf das Feldmuster wirkt.
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Ein Verfahren zum Erzeugen eines elektrostatischen Bildes auf diesem
Wege besteht darin, daß eine fotoleitende Oberfläche verwendet wird, die mittels
einer Koronaeinrichtung aufgeladen und deren Ladung dann durch Aufbringen eines
Lichtmusters auf die Oberfläche modifiziert wird, wodurch ein Abfließen der Ladung
im Verhältnis zur Größe des irgendeinen Teil der Oberfläche getroffenen Lichtbetrages
stattfindet.
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Die Entwicklung eines solchen elektrostatischen Musters kann dann
dadurch geschehen, daß die Oberfläche einem flüssigen Entwickler unterworfen wird,
der aus einer Trägerflüssigkeit mit hohem elektrischem Widerstand besteht, in der
das Entwicklermedium suspendiert ist.
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Es ist weiter bekannt, eine trockene Entwicklung dadurch vorzunehmen,
daß das Muster einfach einem pulverisierten Entwickler unterworfen wird. Es ist
jedoch hervorzuheben, daß sowohl das gegenwärtige Entwicklungsverfahren als auch
das Verfahren zur Erzeugung des elektrostatischen Musters selbst kein wesentlicher
Bestandteil der vorliegenden Erfindung sind. Die Erfindung befaßt sich mit der Verbesserung
der bereits bekannten xerografischen Druckverfahren.
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Beim Drucken nach den bekannten Verfahren hat sich gezeigt, daß sich
eine allmähliche Verminderung der Ladung mit fortschreitendem Behandlungsprozeß
einstellt, und diese Erscheinung ist, wie aus einer früheren Patentanmeldung hervorgeht,
dazu benutzt worden, das Bild durch Regelung des Betrages des Ladungsabflusses in
Beziehung zur Zeit der Entwicklung zu steuern.
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Nunmehr wurde jedoch ein weitere Einflußgröße gefunden, die bestrebt
ist, einen ganz merklichen Einflußauf das erfolgreiche Drucken elektrostatischer
Bilder auszuüben. Diese Einflußgröße ist das Wegfließen der Ladung zufolge des bestehenden
elektrischen Gradienten.
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Es hat sich weiter gezeigt, daß dieses Fortfließen insbesondere durch
die Umgebungsflächen eines elektrostatischen Bildes beeinflußt wird und daß ein
bemerkenswerter Schärfeverlust oder ein Verflachen stattfinden kann, das auf das
Fortfließen von Ladungen quer zur Oberfläche zu ungeladenen Flächenbereichen zurückzuführen
ist.
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Die Erfindung befaßt sich daher mit bestimmten Verbesserungen der
beim elektrostatischen Drucken verwendeten Verfahren, um die Nachteile zu beseitigen,
die vorhanden sind, wenn diese Art des Ladungsabflusses oder diese Schwächung des
Ladungsmusters eintritt.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Ladungsverteilung oder
ein Ladungsmuster aufgebracht wird, welches dem Elektronenfluß von der Bildfläche
zu den Umgebungsflächen hin entgegenwirkt.
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Dies kann auf vielen verschiedenen Wegen erreicht werden. In einer
günstigen Ausführungsform der Erfindung wird jedoch die das Bild selbst umgebende
Fläche so angeordnet und beeinflußt, daß sie eine Ladung aufrechterhält, so daß
sie wie ein elektrischer Zaun oder ein elektrisches Gitter wirkt, welches einen
Elektronenfluß nach außen verhindert.
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Eine solche Umgrenzungsfläche kann in einer einfachen Weise in einem
geladenen Zustand belassen werden, wenn das Bild aufgebracht wird. Diese Fläche
ist nach Abschluß der Entwicklung eine sehr stark und kräftig entwickelte Fläche.
Es ist aber auch möglich, eine Umgrenzungsschicht mit dem erforderlichen Ladungswert
getrennt aufzubringen, so daß ein kleinerer Gradient von dem Bild zu den umgebenden
Flächen vorhanden ist. Es kann aber auch ein aufrechterhaltenes Feld verwendet werden,
welches kontinuierlich während der Entwicklung erzeugt wird, so daß gewährleistet
ist, daß die umgebenden Flächen auf einem Potential gehalten werden, welches den
Elektronenfluß vom Bild zu diesen Flächen unterbindet.
Sofern eine
gewöhnliche Entwicklung unmittelbar nach der Belichtung durchgeführt wird; ist der
obenbezeichnete Effekt natürlich nicht so stark wie in dem Falle, in dem eine Verzögerung
zwischen dem Zeitpunkt der Belichtung des Bildes und dessen Entwicklung eintritt,
obgleich selbst in solchen Fällen eine Aufhellung des Bildes stattfindet.
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Obgleich die Erfindung ganz allgemein sowohl auf unmittelbare Entwicklung
als auch auf eine solche Entwicklung anwendbar ist, in der ein Zeitraum zwischen
der Erzeugung des elektrostatischen Bildes und seiner Entwicklung liegt, ist ein
typisches Beispiel der Anwendung der Erfindung in solchen elektrofotografischen
Verfahren zu sehen, in denen normalerweise eine fotoleitende Oberfläche in einer
Kamera belichtet und nachfolgend entwickelt wird: Beim normalen Ablauf kann unter
solchen Bedingungen im Bild ein beträchtlicher Verlust entstehen. Wie aber weiter
unten gezeigt wird, können die Verluste mit dem Verfahren nach der Erfindung erheblich
verringert und der Kontrast kann besser erhalten werden.
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Zum leichteren Verständnis der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen
nachstehend einige Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt Fig.1 eine Möglichkeit
der Anwendung der Erfindung auf einen Film oder ein Papier, der bzw: das eine fotoleitende
Oberfläche hat; die Bildfläche ist in der Darstellung von einer Saumladungsfläche
umgeben, Fig. 2 eine der Fig.1. ähnliche Ansicht, in der dargestellt ist, wie ein
Feld über einen das Bild umgebenden Ring aufgebracht werden kann, wobei der Ring
auf einem Potential liegt, welches das gleiche Vorzeichen wie die xerografische
Ladung hat und die Saumladungsfläche unabhängig von der fotoleitenden Oberfläche
bewahrt, Fig. 3 die Anwendung der Erfindung auf eine Kamera, die etwas vereinfacht
im Schnitt dargestellt ist, so daß sie jedoch die Verwendung eines Magazins erkennen
läßt, welches ein xerografisches Papier aufnimmt, auf welches das Bild übernommen
wird, Fig. 4 eine Ladevorrichtung, die für ein solches Magazin benutzt werden kann,
Fig.5 ein Diagramm, in dem die Reflexionsdichte des Bildniederschlages über der
Zeitverzögerung aufgetragen ist, um die Vorteile der Verwendung einer Saumladung
zu zeigen, Fig. 6 eine der Fig. 5 ähnliche Darstellung, die den relativen Vergleich
zwischen sofortiger Entwicklung und einer Entwicklung nach einer Verzögerung von
2 Stunden unter Verwendung eines Saumes und außerdem bei einer Verzögerung von 2
Stunden ohne Verwendung eines Saumes gibt, und Fig. 7 ein Diagramm mit der Darstellung
der Beziehung der Belichtungszeit zur Reflexionsdichte mit und ohne Saumladung.
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Gemäß Fig.1. ist die Bildfläche 10 von einer eine Ladung tragenden
Saumfläche oder Saumladungsfläche 2 umgeben, die annähernd die gleiche Flächengröße
wie die Bildfläche 1 hat. Es werden jedoch auch zufriedenstellende Ergebnisse dann
erzielt, wenn die Fläche des Saumes kleiner ist, beispielsweise nur die Hälfte der
Bildfläche 1 beträgt. In diesem Falle ist das gewöhnliche xerografische Papier,
wie beispielsweise das mit Zinkoxyd überzogene Papier, in der normalen Weise auf
der ganzen Fläche aufgeladen, wobei aber das Bild nur auf der inneren Fläche, nämlich
der Bildfläche 1, gebildet wird, indem die Bildladung durch die Projektion von Licht
durch ein Negativ auf die Fläche teilweise zum Abfluß gebracht wird. Die Saumfläche
wird dabei gegen Lichteinfall abgeschirmt.
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Auf der Saumlädungsfläche 2 bleibt daher die volle Spannung erhalten,
wogegen die mittlere Spannung in der Bildfläche 1 zufolge der Bildung des Bildes
vermindert ist.
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Es hat sich herausgestellt, daß dieser Zustand dann verhindert, daß
Elektronen von der Bildfläche nach außen wandern. Diese Wirkung bietet die Grundlage
der Erfindung.
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In der Anordnung nach Fig. 2 ist die Bildfläche 3 von einem Ring 4
umgeben; der beispielsweise durch die Batterie 5 auf ein entsprechendes Potential
gebracht wird. Die Batterie 5 ist an den Ring 4 und eine metallische Unterlagsplatte
6, auf die das xerografische Papier 7 gelegt ist, angeschlossen. Auf Grund dieser
Anordnung befindet sich über der Saumfläche ein Feld wie in Fig.1, und auch hier
wird eine Wanderung der Elektronen von der Bildfläche unterbunden. Das Potential
des Ringes 4 muß natürlich das gleiche Vorzeichen wie die Ladung auf der Bildfläche
haben.
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Gemäß Fig. 3 und 4 ist eine Kamera 10 mit dem üblichen Linsensystem
11 und einem Verschlußmechanismus 12 versehen, wodurch eine Belichtung für irgendeine
erforderliche Belichtungszeit ausgeführt werden kann.
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Auf der Rückseite des Körpers der Kamera 10 befindet sich ein Flansch
13, an dem ein Magazin 14 befestigt werden kann. Das Magazin besteht aus einem Gehäuse
15, das in sich den Bogen oder das Blatt aus xerografischem Papier 16 trägt. Das
Papier wird normalerweise durch den üblichen Schieber 17 in der Stirnfläche des
Magazins 14 gegen Lichteinfall geschützt: Der Schieber 17 ist in herausgezogener
Lage dargestellt. Diese Lage nimmt er ein, wenn sich das Magazin 14 an der
Kamera 10 gemäß der Darstellung in Fig. 3 befindet. Innerhalb der Kamera
ist eine Maske 18 vorgesehen, die sich rund um das Fenster 19 erstreckt, welches
die Bildfläche festlegt. Wenn ein Bild aufgenommen wird, bewirken daher die Linsen
11 bei dieser Anordnung eine Lichtmodifikation der Fläche des xerografischen Papiers
hinter dem Fenster 1.9 in der bekannten Weise, wobei jedoch die Randflächen des
Papiers hinter der Maske 18 nicht in dieser Weise modifiziert werden und dadurch
ihre volle Ladung behalten. Es tritt also der in Fig. 1 beispielsweise beschriebene
Zustand ein.
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Nach der Aufnahme eines Bildes wird der Schieber 17 in eine solche
Stellung gebracht, daß er das Magazin 14 gegen das Licht absperrt, und das Magazin
kann dann abgenommen werden, bis das Bild entwickelt werden soll. Die Saumladung
hat dann die Wirkung, die Wanderung der Elektronen von der Bildfläche während der
Speicherzeit oder Aufbewahrungszeit zu begrenzen.
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Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zum Aufladen des xerografischen Papiers
16. Diese Vorrichtung besteht aus einer lichtdichten Schachtel oder einem lichtdichten
Kasten 20, an dessen offener Seite das Magazin 14 in ähnlicher Weise wie an der
Kamera angebracht werden kann. Der Schieber 17 wird herausgezogen, nachdem das Magazin
14 mit dem Kasten 20 zusammengesetzt ist.
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Innerhalb des Kastens 20 befindet sich ein Stab 21 mit einer Reihe
von Spitzen 22. Zwischen den Spitzen 22 und der metallischen Rückseite 23 des Magazins
14 wird durch irgendeine Hochspannungserzeugungseinrichtung
eine
Koronaentladung aufgebaut. In der Darstellung gemäß Fig.4 ist diese Einrichtung
durch die Batterie 24 dargestellt, die zwischen den Stab 21 und die Unterlagsfläche
23 des Magazins 14 geschaltet ist. Die Hochspannungseinrichtung kann natürlich aus
irgendeiner der üblichen und für das Aufladen von xerografischen Papieren bekannten
Bauarten bestehen.
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Mittels des beschriebenen Gerätes kann die Bedienungsperson das xerografische
Papier 16 im Magazin 14 aufladen und dann ein solches Magazin 14 in
der Kamera 10 in der beschriebenen Weise benutzen. Zwischen dem Aufladen und der
Belichtung ist das Papier durch Einschieben des Schiebers 17 in Dunkelheit gehalten.
Die belichteten Papiere können gespeichert werden, bis die Bedienungsperson zur
Entwicklung des Bildes kommt. Das Bild ist dabei für eine vernünftige Zeit durch
die Saumladung geschützt. Ein Anhalt für die durch die Erfindung gebotenen Vorteile
und für den erreichten Schutz kann aus den Diagrammen nach den Fig. 5, 6 und 7 gewonnen
werden.
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Das Diagramm nach Fig. 5 zeigt, wie die Reflexionsdichte des Bildniederschlages
mit der Zeitdauer variiert, die zwischen der normalen Belichtung und der Entwicklung
liegt.
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Die obere Kurve A zeigt die Dichte bei Verwendung eines Saumes oder
Rahmens nach Fig. 1, wogegen die untere Kurve B den Verlust der Dichte zufolge des
Fehlens eines solchen Saumes erkennen läßt.
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Dies Diagramm wurde wie folgt aufgenommen: Ein genormtes, in der Xerografie
allgemein verwendetes Zinkoxydpapier, in dem Zinkoxydpartikeln in einer isolierenden
Matrix eingebettet sind, wurde zuerst zur Erzeugung einer negativen Spannung von
etwa 200 V auf der Oberfläche des Papiers aufgeladen.
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Das Aufladen ist ein üblicher Vorgang unter Verwendung einer Koronaentladung
und erfordert daher keine weitere Beschreibung.
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Die Bildfläche wurde dann 3 Sekunden lang mit einer blauen aktinischen
Lampe von 160 Watt in einem Abstand von 60 cm vom Papier belichtet. Die Fläche rund
um das Bild wurde in dem einen Fall so abgeschirmt, daß die anfängliche Spannung
auf dem Papier zur Bildung einer Saumladung aufrechterhalten wurde. Beim anderen
Papier blieb dessen Rand ungeschützt, so daß die Spannung von der Umrandung der
Fläche des Bildes abgeleitet wurde. Das Verhältnis von Bildfläche zu abgeschirmter
Fläche betrug ungefähr l: 1.
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Auf diese Weise wurden in stündlichen Abständen fünf Papiersätze angefertigt,
und die Papiere wurden alle zusammen unter üblichen Bedingungen am Ende eines 4stündigen
Zeitraumes entwickelt.
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Die entwickelten Bilder auf dem Papier wurden dann an einem Baldwin-Reflexionsdensitometer
gelesen, und das Ergebnis wurde gemäß Fig.3 aufgetragen.
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Daraus ergibt sich deutlich, daß die Saumladung einen geringen Einfluß
auf die Dichte des Bildes, welches sofort entwickelt wurde, hatte. Nach einem Zeitablauf
von 4 Stunden hatte aber die Saumladung die Spannung und damit auch die Dichte des
Bildes auf einem Wert gehalten, der annähernd zweimal so groß wie der Wert ist,
der besteht, wenn keine Saumladung verwendet worden ist.
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Zur Herstellung des Diagramms nach Fig. 6 wurden drei Probepapiere
4 Sekunden lang unter einer blauen aktinischen Lampe von 160 Watt bei einem Abstand
von 60 cm durch einen genormten oder üblichen Graukeil (aufgetragen als die übertragungsdichte)
belichtet. Eines dieser Papiere wurde unmittelbar entwickelt und die Reflexionsdichten
des Bildniederschlages, wie sie durch den Stufenkeil gesteuert waren, wurden am
Reflexionsdensitometer nach B a l d w i n gemessen und über der Übertragungsdichte
des ursprünglichen Keiles aufgetragen.
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Die Linie C in Fig. 6 zeigt das Ergebnis dieser Messung.
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Eine ähnliche Messung wurde mit den beiden anderen Papieren ausgeführt,
von denen das eine mit der Saumladung und das andere ohne dieselbe behandelt wurde.
In diesem Falle wurden sie aber nicht vor Ablauf von 2 Stunden entwickelt.
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Die Linie D zeigt die Dichte in ihrer Beziehung zur Dichte bei sofortiger
Entwicklung. Fig. 6 läßt erkennen, daß mit Ausnahme des unteren Teiles der Linie
die Linien C und D im wesentlichen parallel über den größten Teil der abgelesenen
übertragungsdichte parallel sind.
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Die Linie E, die den Zustand darstellt, in dem keine Saumladung vorhanden
ist, zeigt jedoch, daß die Dichte wesentlich abgenommen hat. Daraus ist auch natürlich
abzulesen, daß die Spannung, die auf dem Papier verblieben ist, abgefallen war.
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Die Linie E zeigt aber nicht nur einen Abfall der Spannung, sondern
sie fällt auch auf ihrer ganzen Länge im Vergleich zu den Linien C und D ab, woraus
sich ergibt, daß auch der Kontrast infolge einer Differenz im Wegfließen der Ladung
des Bildes verringert worden ist.
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Daraus wird deutlich, daß die Ladung des Saumes oder der Umrandung
am bedeutendsten wird, wenn die Entwicklung einer Verzögerung unterworfen ist, da
die Ladung das Bestreben hat, das elektrostatische Bild näher an seinem ursprünglichen
Wert zu halten. Durch die Verwendung einer solchen Saumladung ist daher ein erheblich
verbessertes Bild erreichbar.
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Fig.7 zeigt eine interessante Wirkung der Saumladungen. Diese Darstellung
läßt nämlich erkennen, daß ein weniger starker Untergrund vorhanden ist, wenn eine
Saumladung benutzt wird. Die Linie F stellt die Untergrunddichte dar, wenn kein
Rahmen oder Saum benutzt worden ist, und die Linie G zeigt die Untergrunddichte
bei Benutzung eines Saumes.
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Um dieses Diagramm zu erhalten, wurde eine Reihe von Paaren xerografischer
Papiere unterschiedlich lange belichtet, wobei das eine Papier unter Hinterlassung
einer Saumladung belichtet wurde, wogegen das andere Papier keine Saumladung erhielt.
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Die Ordinate gibt die Belichtungszeit in Sekunden bei Belichtung mit
einer 100-Watt-Lampe bei einem Abstand von 60 cm vom Papier an, während die Abszisse
die übertragungsdichten der entwickelten Bilder wiedergibt. Die Entwicklung wurde
unmittelbar nach der Belichtung durchgeführt.
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Es wurde gefunden, daß in jedem Falle ohne Saum eine etwas höhere
Untergrunddichte vorhanden war. Diese Wirkung beruht möglicherweise darauf, daß
der Saum (der eine verhältnismäßig höhere Spannung hat) die Entwicklerpartikeln
über der Bildfläche zufolge eines verhältnismäßig größeren elektrischen Gradienten
am Saum entblößt und daß daher der Niederschlag auf der Bildfläche begrenzt wird.
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Diese Wirkung ist von besonderem Interesse für alle Entwicklungen
mit Saumladung, da das Bild sauberer und mit weniger Untergrund erscheint. Eine
bessere Abstufung unterschiedlicher Dichten ist daher möglich.
Aus
vorstehendem ergibt sich, daß die Wirkung der Saumladung sowohl die Reinheit des
Druckes erhöht als auch das Aufrechterhalten der Ladung für eine längere Zeit gestattet,
wenn bis zur Entwicklung eine Verzögerung eintritt. Schließlich kann auch die Geschwindigkeit
des Verfalls über den ganzen Bereich gleichmäßiger gehalten werden, als wenn keine
Saumladung benutzt wird.