DE1797605B1

DE1797605B1 - Verfahren zur Bildung eines Ladungsbildes auf einem Aufzeichnungsmaterial

Info

Publication number: DE1797605B1
Application number: DE1797605A
Authority: DE
Inventors: Giichi Marushima; Katsumi Nagamatsu; Shinkichi Takahashi; Hiroshi Tanaka
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1965-08-12
Filing date: 1966-08-11
Publication date: 1979-08-02
Also published as: DE1522568A1; DE1797577B2; DE1797577A1; DE1797605C2; DE1797576B2; DE1797577C3; DE1797576C3; DE1522568B2; GB1165406A; DE1797576A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrofotografisches Verfahren zur Erzeugung eines Ladungsbildes auf einer isolierenden Schicht, bei dem ein fotoleitfähiges Aufzeichnungsmaterial aus einem transparenten Schichtträger, einer fotoleitfähigen Schicht und einer isolierenden, lichtundurchlässigen Deckschicht auf der fotoleitfähigen Schicht, auf der Deckschicht gleichför

mig aufgeladen, anschließend bildmäßig belichtet und tung gleichzeitig mit der Anwendung der Wechsel- 15 einer Wechselstrom-Koronaentladung ausgesetzt wird.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (siehe das Buch von Schaffert »Elektrofotografie«, Focal Press, 1965, Seiten 35, 36) wird ein dreischichtiges Aufzeichnungsmaterial, das aus einem leitenden Schichtträger, einer fotoleitfähigen Schicht und einer isolierenden Deckschicht aufgebaut ist, gleichförmig aufgeladen, anschließend bildmäßig belichtet und daraufhin einer Wechselstrom-Koronaentladung ausgesetzt. Es handelt sich dabei um das sog. »Frost-Verfahren«, weil die isolierende Deckschicht nach Erzeugung des Ladungsbildes auf ihren Erweichungspunkt erhitzt wird, wodurch die Schicht an jenen Stellen, an denen sich elektrische Ladungen befinden, einzuschrumpfen beginnt und ein Aussehen annimmt, als ob sich Reif an diesen Stellen niedergeschlagen hätte.

Für das bekannte Verfahren muß über einen recht langen Zeitraum hinweg, nämlich von Beginn der Primär-Aufladung an bis zum Abschluß der Wechselstrom-Koronaentladung, die im Dunkeln zu erfolgen

einer Mischung von Zinkoxid und einem Bindemittel 35 hat, das Ladungsbild von der fotoleitfähigen Schicht besteht, wobei die Dicke dieser Schicht 5 bis 20 μπι gehalten werden; es können daher nur die eine

strom-Koronaentladung ausgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoleitfähige Schicht nach Beendigung der Wechselstrom-Koronaentladung total belichtet wird. ι

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Aufzeichnungsmaterial, dessen isolierende Deckschicht eine Dicke von 10 bis 50 μηι aufweist, gearbeitet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, > dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufzeichnungsmaterial mit einer aus zwei Teilschichten (2a, 2b) aufgebauten fotoleitfähigen Schicht verwendet wird, von denen die zur isolierenden Deckschicht benachbart gelegene Teilschicht Fotoleiterpartikel in gröberer Körnung als die andere Teilschicht enthält.

5. Verfahren nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß die feinkörnigere Teilschicht (2b) aus

beträgt, und die andere, gröberkörnige Teilschicht (2a) aus einer Mischung von Cadmiumsulfid und einem Bindemittel bei einer Dicke von 10 bis 100 μηι besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufzeichnungsmaterial mit einer isolierenden Deckschicht aus vergleichsweise geringe Heil-Leitfähigkeit aufweisenden Fotoleitermaterialien mit hohem Dunkelwiderstand verwendet werden.

Gegenstand eines älteren Rechtes (DE-PS 14 97 164) ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Ladungsbildes auf einer isolierenden Oberfläche und Verwendung eines elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterials, in dem eine persistente innere Polarisa-

Polytetrafluoräthylen verwendet wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens 4^r> tion herstellbar ist, das aus einer leitenden Elektroden

nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Gleichstromkoronaentladungseinheit zum gleichförmigen Aufladen der lichtundurchlässigen isolierenden Deckschicht des Aufzeichnungsmaterials, einem optischen System zur bildmäßigen Belichtung der fotoleitfähigen Schicht des gleichförmig augeladenen Aufzeichnungsmaterials und einer Wechselstrom-Koronaentladungseinheit, der das gleichförmig aufgeladene Aufzeichnungsmaterial gleichzeitig mit der Bildbelichtung ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Koronaentladungseinheiten (23a, 23b) oberhalb der lichtundurchlässigen isolierenden Deckschicht des Aufzeichnungsmaterials (B) beweglich angeordnet sind, daß das Bildbelichtungssystem (13Z>, 14, 15, 17, 16) und eine & der schließlichen Totalbelichtung dienende Lampe (21) unterhalb des transparenten leitenden Schichtträgers des Aufzeichnungsmaterials beweglich angeordnet sind und daß die beiden Koronaentladungseinheiten, das Bildbelichtungssystem und die 6 Totalbelichtungslampe, für simultane Bewegbarkeit miteinander gekoppelt sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennschicht, einer fotoleitfähigen Schicht, einer auf der fotoleitfähigen Schicht angeordneten isolierenden Deckschicht und gegebenenfalls einer isolierenden Zwischenschicht zwischen der Elektrodenschicht und fotoleitfähigen Schicht besteht, durch Aufprägen elektrischer Felder und bildmäßige Belichtung der fotoleitfähigen Schicht, wobei die Besonderheit des älteren Verfahrens darin besteht, daß dem Aufzeichnungsmaterial ein erstes elektrisches Feld einer ersten Richtung und anschließend unter gleichzeitiger bildmäßiger Belichtung der fotoleitfähigen Schicht ein zweites elektrisches Feld mit entgegengesetzter Richtung, also ein Gleichfeld, aufgeprägt wird. Bei diesem Verfahren entsteht bei Direktentwicklung ein Negativbild des

so Originals; zum Erhalt eines Positivbildes muß daher zu einer Umkehrentwicklung Zuflucht genommen werden, die regelmäßig eine allgemeine Bildqualitätverschlechterung zur Folge hat. Diese Umkehrentwicklung ist auch dem vorstehend erörterten Frost-Verfahren eigen. Gegenstand eines gleichrangigen eigenen Patentes (DE-PS 15 22 568) ist schließlich ein elektrofotografisches Verfahren zur Erzeugung eines Ladungsbildes auf einer isolierenden Schicht, bei dem fotoleitfähiges

Aufzeichnungsmaterial aus einem leitenden und gegebenenfalls transparenten Schichtträger, einer fotoleitfähigen Schicht und einer isolierenden, gegebenenfalls transparenten Deckschicht auf der fotoleitfähigen Schicht, auf der Deckschicht mit einer gegenüber dem Leitungstyp der fotoleitfähigen Schicht entgegengesetzten, Polarität gleichförmig aufgeladen, die fotoleitfähige Schicht bildmäßig belichtet und die aufgeladene Deckschicht einer Wechselstrom-Koronaentladung ausgesetzt wird. Die Besonderheit dieses Verfahrens ,0 besteht darin, daß die bildmäßige Belichtung und die Beaufschlagung mit der Wechselstrom-Koronaentladung gleichzeitig erfolgen.

Mit diesem Verfahren lassen sich die oben geschilderten Nachteile vermeiden. Insbesondere erreicht man hierdurch, daß das Ladungsbild nur im Moment der bildmäßigen Belichtung vom Halbleitermaterial gehalten zu werden braucht, es können daher auch die hochempfindlichen Halbleitermaterialien mit vergleichsweise niedrigem Dunkelwiderstand verwendet werden. Die erzeugten Ladungsbilder lassen sich auch auf direktem Wege zu einem Positiv entwickeln.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine f weitere Variante dieses letzteren Vorschlages bereitzustellen, die sich speziell bei einfachem apparativem Aufwand leicht realisieren läßt.

Hierzu wird von dem Verfahren der einleitend beschriebenen Art ausgegangen, es wird also mit einem fotoleitfähigem Aufzeichnungsmaterial aus einem transparenten Schichtträger einer fotoleitfähigen Schicht so und einer isolierend n, lichtundurchlässigen Deckschicht gearbeitet, wabei das Aufzeichnungsmaterial zunächst auf der Deckschicht gleichförmig aufgeladen und anschließend bilcnäßig belichtet und einer Wechselstrom-Koronaentlai' ¹^"" «gesetzt wird. «

Das erfindungsjremäße Verfahren ist nun dadurch gekennzeichnet, ciß ein Aufzeichnungsmaterial mit einem elektrisch leitenden Schichtträger verwendet und die bildmäßige Belichtung gleichzeitig mit der Anwendung der Wechselstrom-Korona ausgeführt wird. to

Der Unterschied zu dem Gegenstand des oben angeführten gleichrangigen eigenen Patentes liegt also einmal darin, daß zwingend mit einer lichtundurchlässigen Deckschicht gearbeitet wird und daß die Polarität der gleichförmigen Aufladung nicht vom Leitungstyp der fotoleitfähigen Schicht abhängig gewählt werden muß.

Wie gefunden wurde, lassen sich insbesondere im Verein mit einer lichtundurchlässigen Deckschicht auch mit einer dem Leitungstyp der fotoleitfähigen Schicht gleichenden Polarität der gleichförmigen Aufladung praktisch brauchbare Ladungsbilder erzeugen. Man kann also die Polarität der gleichförmigen Aufladung frei wählen und damit ein Ladungsbild aus positiven oder negativen Ladungsträgern erzeugen, und man ist nicht hinsichtlich der Wahl des Toners beschränkt Hinzu kommt noch, daß aufgrund der Lichtundurchlässigkeit der isolierenden Deckschicht das Ladungsbild im Hellen erzeugt und auch im Hellen zur Sichtbarkeit entwickelt, gegebenenfalls übertragen und fixiert werden kann. Ersichtlich ergeben sich hieraus konstruktive Vorteile für eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Vorrichtung.

Da, wie erwähnt, beim erfindungsgemäßen Verfahren mit einer lichtundurchlässigen isolierenden Deckschicht gearbeitet wird, muß die bildmäßige Belichtung von der Seite des zu diesem Zweck transparenten leitenden Schichtträger aus erfolgen. Hierbei braucht ersichtlich die fotoleitfähige Schicht nicht in ihrer ganzen Dicke durchbelichtet zu werden und vermag gleichwohl noch bildmäßig gut differenzierte Ladungsbilder zu liefern. Dieses deshalb, weil eine nicht ganz durchbelichtete fotoleitfähige Schicht im Grunde genommen zu ähnlichen Effekten führt, wie sich diese bei Verwendung einer etwas dickeren isolierenden Deckschicht ergeben, da die unbelichtet gebliebene Teildicke der fotoleitfähigen Schicht in erster Näherung einfach als Fortsetzung der isolierenden Deckschicht aufgefaßt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt deshalb einen weiten Belichtungsspielraum zu. Die sich hieraus ergebenen Vorteile liegen gleichfalls auf der Hand.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 den grundsätzlichen Aufbau eines fotoleitfähigen Aufzeichnungsmaterials zur Verwendung im vorliegenden Verfahren,

F i g. 2 bis 4 Ansichten zur Darstellung des Verfahrensablaufs in der Ladungsbilderzeugung unter Verwendung des Aufzeichnungsmaterials nach F i g. 1,

Fig.5 das Potential auf der Oberfläche der isolierenden Deckschicht des Aufzeichnungsmaterials für die verschiedenen Verfahrensschritte nach den F ig. 2-4,

F i g. 6 die Abhängigkeit des Kontrastes des elektrostatischen Bildes von der Dicke der durchscheinend isolierenden Deckschicht,

F i g. 7 und 8 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, und

Fig.9 und 10 weitere Ausführungsformen des Aufzeichnungsmaterials zur Verwendung im vorliegenden Verfahren.

F i g. 1 zeigt den beim vorliegenden Verfahren benutzten grundsäztlichen Aufbau des fotoleitfähigen Aufzeichnungsmaterials in Form einer Platte A oder dergleichen. 1 ist der transparente, leitende Schichtträger, 2 ist die fotoleitfähige Schicht und 3 ist die lichtundurchlässige, isolierende Deckschicht Es kann auch noch eine weitere Schicht zur Steuerung des Ladungsübergangs zwischen dem Schichtträger 1 und der fotoleitfähigen Schicht 2 vorgesehen sein.

Als Material für die fotoleitfähige Schicht 2 können anorganische Fotoleiter, z. B. CdS, CdSe, metallisches Se, ZnO, ZnS, Se, TiO₂, SeTe, PbO und S, oder organische Fotoleiter, z. B. Anthracen, Carbazol, verwendet werden. Diese Materialien können zur direkten Beschichtung des Schichtträgers verwendet werden oder als Mischung mit einem Bindemittel aufgetragen werden, wobei auch zwei oder mehr verschiedene fotoleitfähige Substanzen zusammengemischt verwendet werden könnnea

Die hochempfindlichen Fotoleiter, wie CdS, CdSe, metallisches Selen, sind für die vorliegenden Zwecke besonders gut geeignet, da mit diesen die Empfindlichkeit auf über ASA 100 gesteigert werden kann. So ist eine Schicht, die durch einen kleinen Zusatz von ZnS zu CdS als Hauptkomponente erhalten wird, hochempfindlich, und gleichzeitig ist es damit möglich, ein elektrostatisches Bild hohen Kontrasts und hoher Empfindlichkeit zu erhalten.

Es ist bekannt, daß bei mit persistenter innerer Polarisation arbeitenden Systemen für die fotoleitfähige Schicht eine Mischung von CdS und ZnS verwendet wird. Hierbei liegt aber das Verhältnis von CdS zu ZnS zwischen 4 :6 und 3 :7, und zwar im Hinblick auf eine

Erhöhung des Unterschieds von Fotopolarisation und Dunkelpolarisation und der inneren Polarisationcharakteristik.

Andererseits liegt vorliegend das Verhältnis von CdS und ZnS vorzugsweise zwischen 50 :1 und 1 :1, die hohe Empfindlichkeit von CdS kann daher weitgehend ausgenutzt werden.

Ferner wird beim vorliegenden Prozeß, wie dieses noch erläutert werden wird, das elektrostatische Bild auf der Oberfläche der isolierenden Deckschicht dadurch erzeugt, daß von einer in der fotoleitfähigen Schicht wegen der auf der isolierenden Deckschicht sitzenden Ladung fixierten Ladung Gebrauch gemacht wird. Deshalb ist es auch möglich, fotoleitfähige Materialien niedrigen Dunkelwiderstandes, z. B. metallisches Selen zu verwenden.

Ausgezeichnete Ergebnisse können dann erhalten werden, wenn mit Lithium dotiertes Zinkoxid für die fotoleitfähige Schicht beim vorliegenden Verfahren verwendet wird.

Als Material für die lichtundurchlässige, isolierende Deckschicht 3 kann jedes Material verwendet werden, das hohe Abriebfestigkeit und hohen spezifischen Widerstand besitzt, so daß eine elektrostatische Aufladung aufrecht erhalten werden kann. Z. B. können geschwärzte Filme aus Polytetrafluoräthylen, Polycarbonat, Polyäthylen, Celluloseacetat, Polyester oder dergleichen verwendet werden. Insbesondere eignet sich das erstgenannte Material, weil es sich leicht reinigen läßt und für eine hohe Lebensdauer sorgt.

Zur Ladungsbilderzeugung auf der Deckschicht des Aufzeichnungsmaterials wird im Prinzip zunächst eine erste, gleichförmige Aufladung (Primäraufladung) der Deckschicht 3 durchgeführt (Fig.2). Danach erfolgt bildmäßige Belichtung der fotoleitfähigen Schicht 2, wobei die Platte A gleichzeitig einer Wechselstrom-Koronaentladung unterworfen wird, (F i g. 3). Das durch das unterschiedliche Oberflächenpotential erhaltene Ladungsbild entsprechend dem Hell-Dunkel-Muster der Vorlage 8 entsteht dabei auf der Oberfläche der Deckschicht. Sodann erfolgt Totalbelichtung (Fig.4), die letzten Endes eine Kontrasterhöhung zur Folge hat.

Das Potential auf der Oberfläche der isolierenden Deckschicht entsprechend den vorstehend beschriebenen Schritten ist in F i g. 3 dargestellt. Hiernach wird als erstes die Deckschicht 3 gleichförmig, z. B. positiv, aufgeladen. Die Aufladung kann auch im Hellen mit Hilfe üblicher Einrichtungen, z. B. einer Korona-Entladungsvorrichtung 5, die an eine Hochspannungsquelle 4 angeschlossen ist (Fig.2) oder mit Hilfe einer Rollen-Elektrode (nicht dargestellt) vorgenommen werden.

Wird also die Oberfläche der Deckschicht 3 beispielsweise positiv aufgeladen, so sammelt sich Ladung des entgegengesetzten Vorzeichens, also negative Ladung, auf der Unterseite der Schicht 3 in der fotoleitfähigen Schicht 2 an.

Von letzteren Ladungsträgern wird angenommen, daß sie vom leitenden Schichtträger 1 her injiziert worden sind.

Dies Ladungsträger sind beim Einfang-Niveau der Fotoleiterbindemittel-Mischung, aus der die fotoleitfähige Schicht aufgebaut ist, eingefangen; sie haben das entgegengesezte Vorzeichen der Ladung auf der Oberfläche der isolierenden Deckschicht. Dabei braucht nicht befürchtet zu werden, daß diese Ladung im Hellen oder Dunklen nach einiger Zeit wieder verschwindet, weil sie von der Oberflächenladung auf der isolierenden Deckschicht gehalten wird. Wenn andererseits die Oberfläche der isolierenden Deckschicht entladen wird, bleibt die innere Ladung nur im Dunkeln und auch dort nur wegen des im Einzelfall relativ kleinen Dunkel-Widerstands bestimmter Fotoleiter nur über beschränkte Zeit erhalten.

Wie aus Fig.3 hervorgeht, wird die Vorlage 8 mit hellen und dunklen Gebieten 6 bzw. 7 durch den Schichtträger 1 hindurch mit Hilfe einer entsprechenden Optik im Auflicht oder Durchlicht aufgestrahlt; gleichzeitig hiermit wird die Deckschicht 3 einer Wechselstrom-Koronaentladung durch die Korona-Entladungsvorrichtung 10 ausgesetzt, die an einer Quelle hoher Wechselspannung 9 angeschlossen ist.

i- Die Durchführung der Wechselstrom-Koronaentladung gleichzeitig mit der bildmäßigen Belichtung der fotoleitfähigen Schicht 2 erfolgt zweckmäßig unter Verwendung einer sich über die Oberfläche bewegenden Koronaentladungsvorrichtung, während gleichzeitig die fotoleitfähige Schicht von unten her streifenweise durch einen synchron bewegten Belichtungsschlitz belichtet wird. Auch die kinematische Umkehrung ist möglich. Jedoch unabhängig hiervon soll der effektive ^ Entladungsbereich der Wechselstrom-Koronaentla- ^

dung die gesamte Breite des Belichtungsschlitzes umfassen.

Wie vorstehend erwähnt, werden bildmäßige Belichtung und die Wechselstrom-Koronaentladung gleichzeitig ausgeführt (F i g. 3). Dabei wird im hellen Gebiet der

}· Vorlage, also im exponierten Gebiet der Schicht 2, die positive Primäraufladung auf der Oberfläche wegen der Wechselstrom-Koronaentladung vollständig oder nahezu vollständig zum Verschwinden gebracht, weil in den exponierten Teilen die fotoleitfähige Schicht 2 leitend

i> wird und deshalb die im Beispiel angenommene negative Ladung im Grenzflächenbereich zwischen den Schichten 2 und 3 freigesetzt wird und über den leitenden Schichtträger 1 abfließt. Deshalb wird das Oberflächenpotential der Isolierschicht 3 mit zuneh-

4' mender Dauer der Wechselstrom-Koronaentladung zunehmend kleinen Dieses ist durch den Kurvenzweig Vl in F i g. 5 dargestellt.

Ist im obigen Fall die Spannung der Wechselstrom-Koronaentladungsvorrichtung ausreichend höher, z. B.

etwa 7 kV, und wählt man die Entladungszeit ausrei- M chend lang, so ist es möglich, eine mehr oder weniger ™ negative Aufladung zu erhalten.

Andererseits ist im dunklen Gebiet der Vorlage für die positive Primäraufladung wegen der einwirkenden

5M Wechselstrom-Koronaentladung zwar gleichfalls eine Tendenz zur Entladung vorhanden. Die Entladung kann aber wegen der nach wie vor an der Grenzfläche zwischen den Schichten 2 und 3 innerhalb der fotoleitfähigen Schicht eingefangenen negativen Ladung nur langsam stattfinden, weil hier der spezifische Widerstand der fotoleitfähigen Schicht 2 hoch ist. Es wird also wegen dieser eingefangenen negativen Ladung eine positive Ladung auf der Oberfläche der Deckschicht 3 trotz der einwirkenden Wechselstrom-

£>'< Koronaentladung, wenn auch in geringerem Ausmaß beibehalten, wobei eine dem Entladungsgrad entsprechende Kompensationsladung auf der Unterseite der fotoleitfähigen Schicht 2 induziert wird. Als Folge hiervon, d. h. als Folge der eingefangenen, gebliebenen und nunmehr stärkeren negativen Ladung in der Schicht 2, liegt das an der Oberfläche gemessene Potential an den dunklen Stellen der Vorlage niedriger als an den hellen Stellen; dieser Sachverhalt ist durch

den Kurvenzweig Vb in F i g. 5 dargestellt.

Ferner wird insbesondere bei hoher Spannung der Wechselstrom-Koronaentladung und ausreichend großer Entladungszeit die Oberflächenladung der Deckschicht 3 in größerem Ausmaß neutralisiert, und in manchen Fällen wird wegen des Feldes der an der fotoleitfähigen Schicht 2 eingefangenen negativen Ladung das an der Oberfläche gemessene Potential der Isolierschicht sogar leicht negativ. Deshalb ist auf der Oberfläche der Isolierschicht 3 eine Oberflächenpotentialdifferenz (Vl- Vb) entsprechend dem Hell-Dunkel-Muster der Vorlage, also ein elektrostatisches Ladungsbild der Vorlage entstanden.

Das vorstehend erwähnte Oberflächenpotenial (Vl- Vd) ändert sich (Fig.5) entsprechend der Dauer der Wechselstrom-Koronaentladung und der Aufstrahldauer des Originalbildes, deshalb es es zum Erhalt eines optimalen Oberflächenpotentials notwendig, Belichtungszeit und Einwirkungsdauer der Koronaentladung geeignet zu wählen.

Hinsichtlich der speziellen Eigenschaften des fotoleitfähigen Aufzeichnungsmaterials sei bemerkt, daß insbesondere, wenn die fotoleitfähige Schicht dünn oder die eingefangene Ladung schwach ist, der Wert des Oberflächenpotentials an den hellen Stellen Vl und der Wert des Oberflächenpotentials Vb an den dunklen Stellen etwa gleich groß werden. Dieses kann man sich als von dem Umstand herrührend denken, daß die eingefangene Ladung innerhalb der fotoleitfähigen Schicht schwach ist und daß sie vergleichsweise schnell durch elektrische Felder neutralisiert wird.

Nach der bildmäßigen Belichtung zusammen mit der Wechselstrom-Koronaentladung erfolgt eine Totalbelichtung der Schicht 2 (F i g. 4). Hierbei passiert in den hellen Gebieten der Vorlage nichts wesentliches, da hier bereits eine Belichtung stattgefunden hat und das Oberflächenpotential bleibt etwa konstant. Dieser Sachverhalt ist in F i g. 5 durch den Kurvenzweig Vu. wiedergegeben. Jedoch an den dunklen Stellen der Vorlage, wo vorher noch keine Belichtung stattfand, findet nunmehr gleichfalls eine Belichtung statt, deshalb wird die fotoleitfähige Schicht 2 auch an diesen Stellen leitend, so daß die hier bisher eingefangene negative Ladung freigesetzt wird. Wegen der aber nach wie vor auf der Oberfläche der Isolierschicht 3 vorhandenen positiven Ladung wird ein entsprechender Anteil der freigesetzten negativen Ladung an der Unterseite der Isolierschicht 3 gehalten, während der übrige Teil neutralisiert wird, bzw. über den leitenden Schichtträger abfließt. Deshalb kann nunmehr das Feld der positiven Oberflächenladung der Deckschicht 3, das bisher hauptsächlich in Richtung der in der fotoleitfähigen Schicht 2 eingefangenen (stärkeren) negativen Ladung wirkte, als äußeres Feld wirksam werden, wodurch sich das an der Oberfläche gemessene Potential der Isolierschicht 3 abrupt erhöht. Der Verlauf dieser Erhöhung während der Belichtungsdauer der gesamten Oberfläche ist in F i g. 5 durch den Kurvenzweig Vbi dargestellt.

Wie vorstehend erwähnt, gehen bei der Durchführung der Totalbelichtung die Oberflächenpotentiale V_L und Vd der Deckschicht 3 in die Potentiale Vu. bzw. Vdl über, wobei das Oberflächenpotential an den dunklen Stellen des Originals höher als das an den hellen Stellen wird. D. h. das Potential wird gegenüber dem vorangegangenen Prozeß umgekehrt und gleichzeitig erhöht sich die Oberflächenpotentialdifferenz.
Es ist daher bei entsprechender Wahl der Dauer für die Belichtung der gesamten Oberfläche unter Berücksichtigung der verschiedenen anderen Parameter (Eigenschaften des Aufzeichnungsmaterials selbst, Dauer der vorherigen Aufladung etc.) möglich, ein elektrostatisches Bild auf der Oberfläche der isolierenden Deckschicht 3 mit hohem Kontrast zu erzeugen. Nicht unerwähnt bleiben soll, daß die elektrostatische Bilderzeugung unter Beibehaltung des Gleichgewichts mit der in der fotoleitfähigen Schicht auf der Rückseite der Deckschicht eingefangenen Ladung erfolgt.

Aus dem Obigen ist ersichtlich, daß es im Vergleich zur üblichen Elektrofotografie möglich ist, ein elektrostatisches Bild hohen Kontrasts mit großem Oberflächenpotential und einem starken äußeren Feld zu erhalten, wobei gleichzeitig die Empfindlichkeit bemerkenswert erhöht ist.

Als nächstes kann das auf der Oberfläche der Deckschicht erzeugte elektrostatische Bild nach üblichen Methoden unter Verwendung eines Entwicklers entwickelt werden, der in der Hauptsache aus geladenen feinen Farbpartikeln (sog. Toner) besteht und an den Stellen der Oberflächenladung haften bleibt. Man erhält daher ein sichtbares Bild. Beispielhafte Entwicklungsmethoden sind die Kaskadenentwicklungsmethode, die Magnetbürstenentwieklungsmethode und die Flüssig-Entwicklungsmethode.

Jedoch unabhängig von der speziell verwendeten Entwicklungsmethode wird, weil das elektrostatische Bild bemerkenswert hohen Kontrast besitzt, ein sichtbares Bild hoher Dichte erhalten.

Als nächstes kann das sichtbare Toner-Bild auf ein Bildempfangsmaterial, z. B. ein Papier, nach üblichen Methoden, vorzugsweise mit Hilfe einer die Übertragung begünstigende Koronaentladungseinrichtung, übertragen und mit Hilfe von Wärmeeinwirkung fixiert werden.

Nach Beendigung des Übertragungsprozesses wird das Aufzeichnungsmaterial zur erneuten Verwendung nach üblichen Reinigungsmethoden gereinigt.

Beim vorliegenden Bilderzeugungsverfahren beeinflußt die Dicke der isolierenden Deckschicht 3 zusammen mit der fotoleitfähigen Schicht 2 die Qualität des elektrostatischen Bildes, insbesondere die Empfindlichkeit und den Kontrast, sowie die Lebensdauer des Aufzeichnungsmaterials. Zum Erhalt ausgezeichneter elektrostatischer Bilder und im Hinblick auf eine lange Lebensdauer ist es, wie durch Versuche gefunden wurde, notwendig, daß die Dicke der Deckschicht zwischen 10 und 50 μηι liegt. Ist die Dicke der durchscheinenden Deckschicht kleiner als 10 μπι, so können leichter Löcher und/oder Unebenheiten in der Schicht entstehen, und es wird sehr schwierig, eine hohe Qualität zu erhalten. Insbesondere treten dann unvorteilhafte Phänomene wie Isolationsdurchbrüche, Bildverschleierungen wegen kleiner Löcher, beschleunigte Koronaschäden usw. auf.

Wird die Dicke der Deckschicht größer als die oben genannte obere Grenze von 50 μπι gewählt, so tritt wiederum eine Verschlechterung des Bildes auf, außerdem wird der Kontrast des Bildes sehr nachteilig beeinflußt. Ersterer ist die Folge von Streufeldern und letzteres die Folge von nur noch geringen Ladungen, die in der fotoleitfähigen Schicht eingefangen werden können.

Ein Aufzeichnungsmaterial, von dem angenommen wird, daß es die höchste Empfindlichkeit und hohen Kontrast gemäß der Erfindung zu erzeugen in der Lage ist, besitzt als fotoleitfähige Schicht eine Mischung von

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Cadmiumsulfid oder Cadmiumselenid oder vergleichbar empfindlichen Fotoleitern und Vinylkunstharz als Bindemittel in einem Gewichtsverhältnis von V2 bis Vi₀. Die Beziehung zwischen der Dicke der durchscheinenden Deckschicht und dem Kontrast des elektrostatisehen Bildes an den hellen Stellen der Vorlage ist hierfür in F i g. 6 dargestellt.

Wird eine positive Koronaentladung oder eine positive Spannung an die isolierende Deckschicht 3 gegeben, so erhöht sich deren Oberflächenpotential mit der Zeit. Dieser Sachverhalt ist durch den Kurvenast Vp in Fig.6 wiedergegeben. Nach der Primäraufladung, wie dieses bei D in F i g. 6 dargestellt ist, reduziert sich das Oberflächenpotential der isolierenden Deckschicht 3 etwas. Wird nun aber die Wechselstrom- Koronaentladung zusammen mit der bildmäßigen Belichtung durchgeführt, so folgt das Oberflächenpotential der Deckschicht 3 an den dunklen Stellen des Originals dem Kurvenzweig Va und das Oberflächenpotential an den hellen Stellen des Originals dem Kurvenzweig Vl- Bei der Totalbelichtung gehen dann Vb und Vl in die Kurvenzweige Vd/. und Vll über, wobei Vll größer wird als Vdl- Es ergibt sich also eine Potentialumkehr, wobei sich gleichzeitig die Oberflächenpotentialdifferenz Vdl— Vll vergrößert, also ein Bild mit hohem Kontrast entsteht.

Die Differenz des Oberflächenpotentials Vdl— Vll zwischen dem hellen Gebiet und dem dunklen Gebiet des Originals hängt, wie erwähnt, stark von der Dicke der durchscheinenden isolierenden Deckschicht 3 ab. Aus Fig.6 ist ersichtlich, daß diese Differenz mit abnehmender Dicke der Deckschicht zunimmt.

Für einen guten Kontrast ist es notwendig, eine Oberflächenpotentialdifferenz oberhalb 500 Volt zu haben. Ist die Dicke der Deckschicht 3 kleiner oder gleich 50 μηι, so ist es möglich, diesen Wert zu erreichen. Bei den dem vorliegenden Verfahren zugrundeliegenden Versuchen ist außerdem auch die Dicke der fotoleitfähigen Schicht 2 geändert worden. Gute Ergebnisse konnten dann erhalten werden, wenn die Dicke der fotoleitfähigen Schicht zwischen 50 und 200 μηι liegt. Hierbei wurde die bildmäßige Belichtung zusammen mit der Wechselstrom-Koronaentladung durchgeführt.

Hiernach ist das Aufzeichnungsmaterial B aus einer fotoleitfähigen Schicht 2 und einer lichtundurchlässigen isolierenden Deckschicht 3 auf einem transparenten zusammengesetzten Schichtträger aufgebaut, der seinerseits aus einer leitenden Elektrodenschicht 16 benachbart zur Schicht 2 und einer isolierenden Trägerschicht la aufgebaut ist.

Fig.7 und 8 zeigen eine Ausführungsform einer elektrofotografischen Kopiervorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorlage 8 wird auf eine Glasplatte 116 aufgelegt und durch eine Lampe 136 beleuchtet. Das Bild wird auf das als Platte B ausgebildete Aufzeichnungsmaterials als positives Bild projiziert, und zwar mit Hilfe eines optischen Systems 18, das neben der Lampe 136 die Spiegel 14,15 und 16 sowie ein Objektiv 17 enthält. Das Bildbelichtungssystern 18 ist als einziges Bauteil der Vorrichtung lichtdicht ausgeführt Dieses vereinfacht die Anordnung. Das optische System 18 wird von rechts nach links mit konstanter Geschwindigkeit mit Hilfe eines reversiblen Motors M und einer Transportkette 20 längs einer Führungsschiene 19 bewegt. Es projiziert daher die gesamte Ausdehnung der Vorlage 8 nacheinander auf die Platte B. Eine Lampe 21, die für die Totalbelichtung vorgesehen ist, ist gleichfalls am optischen System 18 angeordnet.

Eine Aufladeeinrichtung 23 enthält als Einheit zwei Koronaentladungsvorrichtungen 23a und 236 für die Primäraufladung bzw. für die Wechselstrom-Koronaentladung. Die Aufladeeinrichtung 23b ist für eine Bewegung nach rechts und links auf zwei Schienen 22 des Rahmens 26 parallel zur Platte B ausgelegt. Ein an der Aufladeeinrichtung befestigter Magnet 24 sowie ein am System 18 angeordneter Magnet 25 bilden eine Magnetkupplung. Die Aufladeeinrichtung 23 wird daher vom angetriebenen optischen System 18 in der gleichen Richtung mitgenommen.

Das Ladungsbild wird auf der Platte B entsprechend dem Bild der Vorlage 8 im Wege einer zeitlichen zellenförmigen Abtastung mit Hilfe des optischen Systems 18 erzeugt, wobei diese Abtastung in Richtung des in F i g. 7 dargestellten Pfeils erfolgt. Hieran schließen sich Bildentwicklung, Übertragung und Fixierung des entwickelten Bildes und Reinigung der Platte an. Dieses erfolgt von außen her.

Da die isolierende Deckschicht der Platte B im Empfindlichkeitswellenlängenbereich des Fotoleiters ge* undurchlässig gemacht ist, kann der gesamte Ladungs- V bilderzeugungsprozeß ebenso im Hellen stattfinden wie die nachfolgende Entwicklung mit Toner, Bildübertragung und Fixierung. Dieses bietet ersichtlich Vorteile.

Ein Aufzeichnungsmaterial, das mit Vorteil beim Verfahren der Erfindung verwendet wird, ist in F i g. 9 dargestellt. Hiernach ist die fotoleitfähige Schicht 2 selbst aus zwei Teilschichten 2a, 2b aufgebaut, und zwar ist die zur isolierenden Deckschicht 3 benachbarte fotoleitfähige Teilschicht 2a unter Verwendung gröberer Fotoleiterpartikel aufgebaut, während die zum Schichtträger 1 benachbarte fotoleitfähige Teilschicht 26 aus feinen Fotoleiter-Partikeln aufgebaut ist. Es ist deshalb möglich, Bilder sowohl mit hoher Auflösung zu erhalten, was feine Körnung erfordert als auch eine hohe Empfindlichkeit beizubehalten, die die gröbere Körnung sicherstellt.

Die fotoleitfähigen Teilschichten 2a, 26 können aus unterschiedlichen Fotoleiter-Materialien oder auch aus demselben Material aufgebaut sein. Für den feinkörnigen Fotoleiter 26 können beispielsweise Zinkoxid oder Zinksulfid, ferner Cadmiumoxid und Selen mit einem fl mittleren Korndurchmesser kleiner als einige μπι verwendet werden. Besonders gute Ergebnisse können mit Zinkoxid erwartet werden, da dessen Korngröße kleiner als 1 μηι leicht erhältlich ist. Außerdem ist Zinkoxid preiswert und seine Empfindlichkeit kann sehr einfach mit Hilfe von Farbstoffen erhöht werden. Für die grobkörnige Fotoleiterschicht 2a wird vorzugsweise Cadmiumsulfid, mit Kupfer aktiviertes Cadmiumselenid oder dergleichen verwendet. Auch diese Verbindungen sind leicht erhältlich. Ein besonders gutes Ergebnis erhält man, wenn Cadmiumsulfid für die Teilschicht 2a und Zinkoxid für die Teilschicht 26 verwendet werden, wobei die Dicke der zinkoxidhaltigen Teilschicht zwischen 5 und 20 μπι liegt und die der cadmiumsulfidhaltigen Schicht zwischen 10 und 100 μπι.

Wie erwähnt können die Teilschichten 2a und 26 aus einem Fotoleitermaterial der gleichen Art, aber in unterschiedlicher Körnung hergestellt sein. So fallen die meisten Fotoleiter bei der Herstellung in unterschiedlichen Korngrößen an; und wird nach entsprechendem Aussieben nur das feine Korn verwendet, so wird zwar das Auflösungsvermögen verbessert, aber die Empfindlichkeit nimmt allgemein ab. Die groben Partikel fallen

hierbei an sich als Abfall an, aber sie können nun in der grobkörnigen Teilschicht verwendet werden, so daß auf wirtschaftliche Weise fotoleitfähige Platten hoher Empfindlichkeit und hohen Auflösungsvermögens hergestellt werden können. Hierfür kommen vor allem Zinkoxid, Cadmiumsulfid, Cadmiumselenid und dergleichen in Frage.

Eine weitere alternative Ausführungsform des Aufzeichnungsmaterials für das vorliegende Verfahren ist in Fig. 10 dargestellt. Nachstehend sind Beispiele gegeben

Beispiel 1

10 g Vinylchlorid wurden von 90 g Cadmiumsulfid, das mit Kupfer aktiviert war, zugegeben, ebenso eine kleine Menge Verdünnungsmittel. Die erhaltene Mischung wurde auf einen leitenden transparenten Schichtträger 100 μπι stark aufgesprüht. Anschließend wurde auf die Oberfläche dieses fotoleitenden Films ein etwa 15 μπι starker geschwärzter Polyäthylenterephthalatfilm mit Hilfe eines Klebemittels aufgeklebt. Die Platte wurde dann auf der Oberseite einer Koronaentladung von +6 kV ausgesetzt, anschließend bildmäßig belichtet, und zwar unter Verwendung einer etwa 10 Lux hellen Wolframlampe während etwa 0,1—0,3 s. Gleichzeitig hiermit wurde die Platte einer Wechselstrom-Koronaentladung von 6 kV ausgesetzt. Danach erfolgte Totalbelichtung etwa 1 —2 see lang mit Hilfe einer Wolframlampe. Schließlich wurde das Ladungsbild nach de Magnetbürstenmethode entwikkelt. Hierbei ergab sich ein sichtbares Bild hoher Bilddichte und bemerkenswert guter Qualität.

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20 Gewichtsteiie Styrolbutadien-Mischpolymerisat, 10 Gewichtsteile chlorierter Gummi und 70 Gewichtsteile Xylol wurden zusammen mit 100 Gewichtsteilen Zinkoxid für elektrofotografische Zwecke (hergestellt von der American Zinc. Co.) in einer Kugelmühle 2 Stunden lang vermählen. Anschließend wurde eine alkoholische Lösung von 0,12 Teilen Rose Bengale, 0,1 Gewichtsteile Fluorescein bezogen auf 100 Gewichtsteile Zinkoxid beigegeben. Die ganze Mischung wurde sorgfältig durchgerührt.

Die erhaltene Mischung wurde auf einen weniger als 25 μπι starken geschwärzten Polyesterfilm etwa 80 1 m stark aufgetragen. Nach dem Trocknen wurde ein leitender transparenter Anstrich aufgebracht. Das so hergestellte Aufzeichnungsmaterial wurde auf der Oberfläche des Polyesterfilms gleichförmig positiv aufgeladen, und zwar mit Hilfe einer Koronaentladung von +6 kV. Anschließend wurde eine Wechselstrom-Koronaentladung von 7 kV zusammen mit der bildmäßigen Belichtung mit etwa 50 Lumen durchgeführt. Danach wurde die gesamte Oberfläche mit 100 Lumen ein bis zwei Sekunden lang zur Erzeugung des elektrostatischen Bildes total belichtet. Das Bild wurde dann unter Verwendung von handelsüblichem, negativ geladenem Toner mit Hilfe der Haarbürstenmethode entwickelt. Hierbei ergab sich ein ausgezeichnetes, völlig schleierfreies Bild. Weiter wurde das so erhaltene sichtbare Bild mit Hilfe einer +6 kV Koronaentladung positiv aufgeladen und mit Hilfe einer leitenden Rolle wurde das Kopierpapier aufgepreßt. Hierbei ergab sich eine ausgezeichnete Übertragung.

Beispiel 3

Mit Kupfer aktiviertes kristallines Cadmiumsulfid der Korngröße 5—30 μπι wurde durch Sieben in zwei Bestandteile getrennt, wobei die Korngröße des einen unterhalb und die des anderen oberhalb 10 μπι lag. Die feinen Partikel (kleiner als 10 μηι) wurden in Nitrozellulose sorgfältig dispergiert und etwa 70 μπι stark auf einen leitenden, transparenten Schichtträger aufgetragen. Auf diese Beschichtung wurde eine Dispersion des anderen Bestandteils (Korngröße über 12 μηι) in Nitrozellulose etwa 30 μηι stark aufgetragen. Schließlich wurde auf das Ganze eine etwa 12 μπι starke geschwärzte Polyesterschicht aufgebracht

Das so erhaltene Aufzeichnungsmaterial wurde einer +6,5 kV Koronaentladung im Hellen ausgesetzt. Anschließend fand die bildmäßige Belichtung zusammen mit einer 7,5 kV Wechselstrom-Koronaentladung statt. Nach Totalbelichtung wurde die Entwicklung durchgeführt, und zwar mit Hilfe eines negativ geladenen Toners nach der Magnetbürstenmethode, und es wurde ein Positiv der Vorlage erhaltea

Andererseits wurden fotoleitfähige Aufzeichnungsmaterialien unter Verwendung noch nichtklassifiziertem Cadmiumsulfid der Korngröße 5—30 μπι und unter Verwendung von Cadmiumsulfid einer Korngröße kleiner als 10 μπι gesondert hergestellt. Mit Hilfe dieser beiden Aufzeichnungsmaterialien wurden Positivbilder in der gleichen Weise erzeugt Ein Vergleich dieser Bilder mit dem Bild des zuerst erwähnten Aufzeichnungsmaterials ergab, daß das Bild auf dem Aufzeichnungsmaterial mit den ungesiebten Partikeln schlecht war, während kein Unterschied zwischen den Positivbildern festzustellen war, die mit dem Aufzeichnungsmaterial mit der grobkörnigen und der feinkörnigen Teilschicht bzw. mit dem Aufzeichnungsmaterial erhalten wurde, deren fotoleitfähige Schicht ausschließlich unter Verwendung feiner Partikel unterhalb 10 μπι aufgebaut war.

Beispiel 4

Je 1 g feinkörniges (Korngröße je etwa 12 μηι) metallisches Selen und mit Kupfer oder dergleichen aktiviertes Cadmiumsulfid wurden zusammen mit einem Gramm Klarlack aus dem Mischpolymerisat von Vinylchlorid und Vinylacetat gemischt und mit Verdünner auf Streichfähigkeit verdünnt Diese Mischung wurde auf einen transparenten leitenden Schichtträger aufgesprüht und nach dem Trocknen wurde ein geschwärzter Polyesterfilm mit Hilfe eines Epoxykunstharzklebers aufgeklebt

Die Platte wurde dann einer + 7 kV Koronaentladung ausgesetzt und eine 7 kV Wechselstrom-Koronaentladung wurde zusammen mit der Bildbelichtung durchgeführt Das Ladungsbild wurde nach der Magnetbürstenmethode mit Hilfe eines negativen Toners entwickelt. Hierbei ergab sich ein Positivbild Wurde anstelle der +7 kV Koronaentladung eine —7 kV Koronaentladung durchgeführt, so erhält man ein Negativbild der Vorlage.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrofotografisches Verfahren zur Erzeugung eines Ladungsbildes auf einer isolierenden Schicht, bei dem ein fotoleitfähiges Aufzeichnungsmaterial aus einem transparenten Schichtträger, einer fotoleitfähigen Schicht und einer isolierenden lichtundurchlässigen Deckschicht auf der fotoleitfähigen Schicht, auf der Deckschicht gleichförmig aufgeladen, anschließend bildmäßig belichtet und einer Wechselstrom-Koronaentladung ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufzeichnungsmaterial mit einem elektrisch leitenden Schichtträger verwendet und die bildmäßige Belichzeichnet, daß das optische Bildbelichtungssystem innerhalb eines Gehäuses (18) untergebracht ist.