EP0171273B1 - Vervielfältigung mit elektrofotografischem Volltonbild - Google Patents

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EP0171273B1
EP0171273B1 EP19850305528 EP85305528A EP0171273B1 EP 0171273 B1 EP0171273 B1 EP 0171273B1 EP 19850305528 EP19850305528 EP 19850305528 EP 85305528 A EP85305528 A EP 85305528A EP 0171273 B1 EP0171273 B1 EP 0171273B1
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EP
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photoreceptor
electrode
image
charge
polarity
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EP0171273A3 (en
EP0171273A2 (de
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Stephen Po-Ming Cheng
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G15/00Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/22Apparatus for electrographic processes using a charge pattern involving the combination of more than one step according to groups G03G13/02 - G03G13/20
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G13/00Electrographic processes using a charge pattern
    • G03G13/22Processes involving a combination of more than one step according to groups G03G13/02 - G03G13/20

Definitions

  • This invention relates to photoreproduction using the system known as xerography.
  • a latent electrostatic image is created on a photoconductor surface to which charged toner material is subsequently applied, transforming the electrostatic image into a visual image.
  • the toner is then transferred onto a sheet and fused to it.
  • the subject is first projected onto a photoreceptor which receives the latent image as a charge density varying over its surface according to the light intensity projected by the subject, the area receiving less light having a higher charge density.
  • This charge density pattern is developed by applying charged toner material and the toner material is transferred to a charged dielectric sheet.
  • a problem of this system is the presence of a transition zone at the boundaries between areas of differing charge densities corresponding to abrupt changes between light and dark areas of the visual image, giving an "edge enhanced” or grey area of reproduction at such boundaries.
  • Another object of the invention is to provide a method and apparatus for obtaining photoreproduction having an electrostatic field of increased strength, allowing the use of toner particles of smaller size and therefore a reproduction of finer grain and resolution.
  • the invention consists of a method of producing an electrostatic charge image comprising the sequentially performed steps of: (1) bringing an electrode into intimate contact with a photoreceptor, the photoreceptor having a dielectric substrate and a photoconductive film intimately bonded to the substrate, the electrode being adapted to be brought into intimate contact with the substrate of the photoreceptor along a length of the electrode, and charging the photoreceptor with an electrostatic charge of one polarity and projecting an image of a photograph on the photoreceptor, (2) charging the photoreceptor with an electrostatic charge of opposite polarity, and (3) projecting a photographic image of the subject again on the photoreceptor, whereby an electrostatic charge image is formed on the photoconductor surface, and wherein the electrode comprises:
  • an electrostatic image system of photoreproduction comprising:
  • One preferred embodiment includes the steps of charging the photoreceptor with an electrostatic charge of one polarity and projecting a preselected off-focus image of the subject prior to charging the photoreceptor with an electrostatic charge of opposite polarity and again projecting a preselected off-focus image of the subject on the photoreceptor after the charging step.
  • the illustrative embodiment shown in Figure 1 of the drawings comprises (a) a photoreceptor 10 having a dielectric substrate 12 and a photoconductive film 14 intimately bonded to the substrate with an interface 15, and (b) an electrode 16 having a lower belt 18 of flexible material, an intermediate conductive film 20 intimately bonded to belt 18 and grounded, and an upper layer 22 of dielectric material bonded to film 20.
  • Photoreceptor 10 and electrode 16 are capable of being brought into intimate contact as shown in Figure 1 and the following material and thicknesses are preferred:
  • Substrate 12 and photoconductive film 14 are preferably of equal capacitance. If belt 18 is made of a conductive metal such as aluminium, intermediate conductive film 20 may be omitted.
  • FIG. 2 An example embodiment of the method of the invention is shown in Figures 2 to 6 of the drawings.
  • photoreceptor 10 together with electrode 16, is passed beneath a corona charge station 24 which is connected to a source of negative electrical potential.
  • An image 26 to be photocopied is projected by a light source 28 by means of a lens 29 onto photoconductive film 14 of photoreceptor 10 through an opening 30 in corona charge station 24 as seen in Figure 2a.
  • Image 26 is scanned at the same rate of speed as the movement of photoreceptor 10, as indicated by arrow 31.
  • the result of this projection is the migration of negative ions, in those areas of photoreceptor 10 subjected to light impingement, through film 14 to interface 15 where the negative charge is trapped, as seen in Figure 2b.
  • photoreceptor 10 together with electrode 16, is passed beneath a corona charge station 38 which is connected to a source of positive electrical potential, as seen in Figure 3a, resulting in a relative distribution of charge density as seen in Figure 3b, which shows a positive charge 40 at the surface of film 14, a negative charge 42 at interface 15 and a negative charge 44 at electrode 16.
  • photoreceptor 10 and electrode 16 are passed beneath a transparent high voltage booster station 46 connected to a source of positive electrical potential and image 26 is again projected by a light source 48 and a lens 49 onto photoconductive film 14 of photoreceptor 10, as seen in Figure 4a.
  • image 26 is again projected by a light source 48 and a lens 49 onto photoconductive film 14 of photoreceptor 10, as seen in Figure 4a.
  • the result of this projection is seen in the relative distribution of charge density seen in Figure 4b, which shows a positive charge 50 in the dark area of the surface of film 14 and a negative charge 52 in the light area of the surface of the film, no charge at interface 15, and a negative charge 54 at electrode 16.
  • a developer housing 58 encloses a bucket conveyor 60 which delivers developer 62 consisting of positively charged carrier and negatively charged powdered toner material to a plurality of magnetic brushes 64 which sweep over film 14 of photoreceptor 10, while at the same time electrode 16 is peeled away from the back of the photoreceptor.
  • a grounded electrode 66 is positioned adjacent substrate 12 of photoreceptor 10 at an angle to the photoreceptor whereby the distance between the substrate 12 and the electrode 66 increases from the point of separation of electrode 16 from the photoreceptor. The presence of electrode 66 serves to enhance the contrast of the developed image on the photoreceptor.
  • Electrode 16 As electrode 16 is peeled off from the back of the substrate 12 it is replaced by a solid plastic support 68, which carries conductive electrode 66 at its outer surface. Support 68 is slightly conductive, about 1015 ohm-cm, so that any static charge accumulated by rubbing against substrate 12 is discharged. As photoreceptor 10 moves down, the charge latent image surface moves further and further away from electrode 66. This tends to increase the electric field intensity inside the development system. However, on the other hand, the deposition of toner particles on the image surface tends to decrease the electric field intensity. By suitably designing the angle of the edge of support 68 it is possible to achieve a condition that the increase in field intensity is exactly balanced by the decrease caused by the deposition of toner particles.
  • the electric field intensity is kept constant inside the development system. This prevents an excessive strong electric field buildup inside the development system which would cause "arcing" between the image charge and brushes 64.
  • the latent image charge is completely neutralized by the deposited toner particles.
  • the developed image can then be transferred and fixed. If the photoreceptor itself is used as a permanent image recipient, such as zinc oxide coated paper, the transfer process can be omitted.
  • FIG 6 shows the arrangement required for light impingement on electrode 16 as well as on photoreceptor 10 to achieve the same result as in the previous embodiment.
  • image 26 is projected by a light source 70 and a lens 72 onto a mirror 74, splitting it into two images which are projected by a mirror 76 and a mirror 78 onto the upper and lower surfaces, respectively, of photoreceptor 10, thus causing the positive ions to migrate to the upper surface of film 14, leaving behind a negative charge density as seen in Figure 2b.
  • This split image procedure is only necessary in the first step shown in Figure 2a.
  • both electrode 16 and substrate 10 are made of transparent material.
  • Bipolar photoconductors 14 are most suitable for this invention.
  • the common bipolar photoconductors are amorphous silicon (a - Si:H), ZnO treated with urazole or H2S, or its resin containing Mn or other additives, various organic photoconductors containing certain substituted cycloheptenyl compounds and organic photoconductors comprising a halogen - ketone - formaldehyde resin.
  • Single-polar photoconductors such as amorphous selenium (as menioned above) and most organic photoconductors can also be used in this invention. Two techniques can be used to solve the single-polar conducting problem.
  • One is a transparent base electrode 16 which permits rear exposure.
  • the second technique is adding a layer of lower-energy-gap material at interface 15.
  • the lower-energy-gap material can be crystal selenium or the like in the form of small insulated dots of 10-20 um in size and spaced 5 um apart.
  • red or other low energy light can penetrate the photoconductor layer and reaches the lower-energy-gap layer.
  • Carriers will be produced on absorption of red light photons by the lower-energy-gap layer. Carriers produced at the interface region migrate back through the photoconductor layer to the surface.
  • the latent image formed by the method of this invention will have a varying degree of charge density in exact proportion to the opacity pattern of the actual image.
  • line images of only black and white or images being varying degree of greyness between these two extremes may be reproduced faithfully.
  • extremely high resolution can be achieved.
  • the method of the invention may be carried out using a positive charge in the step of Figure 2a followed by a negative charge in the steps of Figures 3a and 4a.
  • D1 is photoconductive layer 14.
  • D2 is a dielectric substrate 12.
  • C1 is the capacitance of photoconductive layer 14.
  • C2 is the capacitance of dielectric substrate 12.
  • A is the surface of photoconductor 14.
  • B is interface 15 between the photoconductor and the substrate.
  • C is intermediate conductive film 20.
  • Charge p is the injected negative charge at interface 15.
  • Charge q is the off-focus injected negative charge at interface 15.
  • Charges e c , e p and e q are placed on the surface of photoconductor 14 by positive charging station 38.
  • e c is caused by the potential applied to the charging station 38.
  • Charges e p and e q are caused by the grounding effect of charging station 38.
  • An off-focus lens can be defined as a lens which has a special light diffusion such that when it is applied to this electrophotographic imaging system, the light from any one point of the original image can be diffused to the photoconductor surface in such a way that the light intensity distribution on the photoconductor is in the same shape as the charge distribution of the function F(q (x,z) ) calculated above.
  • F(q (x,z) ) the charge distribution of the function
  • the on-off focus ratio is a measure of ratio of the amount of light photons directed to the photoconductor surface during the two processes (on focus and off focus). For complete elimination of the "edge enhanced” effect the ratio is equal to p/q, which in turn equals C2/C1, as proved above. In some copying requirements a certain amount of "edge enhanced” effect is desirable such as in art work. In this case the on/off focus ratio can be adjusted to be greater than p/q to achieve the desired amount of "edge enhanced” effect.
  • an off-focus lens 29 a is added to the apparatus of Figure 2a as seen in Figure 7, and image 26 is projected onto photoconductor 10 as an added step between the step of Figure 2a and the step of Figure 3a.
  • an off-focus lens 49 a is added to the apparatus of Figure 4a, as seen in Figure 8, and image 26 is projected onto photoconductor 10 as an added step between the step of Figure 3a and the step of Figure 4a.
  • the relative densities resulting from each of the sequential steps of Figures 2a, 7, 3a, 8 and 4a are shown in Figures 9a, 9b, 10, 11 and 12 respectively.

Claims (21)

  1. Verfahren zum Erzeugen eines elektrostatischen Ladungsbildes mit folgenden aufeinanderfolgenden Schritten:
    (1) eine Elektrode wird in sehr guten Kontakt mit einem Fotorezeptor gebracht, der ein dielektrisches Trägermaterial sowie einen mit sehr gutem Kontakt mit diesem verbundenen fotoleitfähigen Film aufweist, wobei die Elektrode in sehr guten Kontakt mit dem Trägermaterial des Fotorezeptors über die Länge der Elektrode gebracht wird sowie den Fotorezeptor mit einer elektrostatischen Ladung einer Polarität auflädt und ein fotographisches Bild eines Gegenstandes auf den Fotorezeptor projiziert;
    (2) der Fotorezeptor wird mit einer elektrostatischen Ladung entgegengesetzter Polarität aufgeladen; und
    (3) es wird ein fotographisches Bild des Gegenstandes erneut auf den Fotorezeptor projiziert, wobei ein elektrostatisches Ladungsbild auf der fotoleitfähigen Oberfläche erzeugt wird;
    die Elektrode weist dabei folgende Teile auf:
    (i) ein Band aus einem flexiblen Material; und entweder
    (ii) einen dazwischenliegenden leitfähigen Film, der innig mit dem Band verbunden sowie geerdet ist, und eine darüberliegende Schicht aus einem dielektrischen Material, die in Verbindung mit dem leitfähigen Film steht und die derart aufgebaut und angeordnet ist, daß sie in sehr guten Kontakt mit dem Trägermaterial des Fotorezeptors über die Länge der Elektrode bringbar ist; oder
    (iii) eine darüberliegende Schicht aus einem dielektrischen Material, die in leitender sowie geerdeter Verbindung mit dem Band steht und derart aufgebaut und angeordnet ist, daß sie in sehr guten Kontakt mit dem Trägermaterial des Fotorezeptors über die Länge der Elektrode bringbar ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgenden zusätzlichen Schritt:
    (4) die Elektrode wird von dem Fotorezeptor wegbewegt, wodurch das elektrische Feld oberhalb der Oberfläche des fotoelektrischen Films vergrößert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode von dem Fotorezeptor wegbewegt wird, und daß ein aus Partikeln bestehendes Toner-Material mit einer die eine Polarität tragende Ladung auf den fotoleitfähigen Film des Fotorezeptors aufgebracht wird,
    (5) wobei ein Blatt mit einer elektrostatischen Ladung entgegengesetzter Polarität aufgeladen und auf den fotoleitfähigen Film des Fotorezeptor aufgelegt wird,
    (6) wobei anschließend das Blatt von dem Fotorezeptor abgenommen wird und
    (7) wobei schließlich das Toner-Material auf dem Blatt geschmolzen wird, wobei die Reproduktion des fotographischen Bildes darauf fixiert wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotorezeptor mit einer elektrostatischen Ladung einer Polarität aufgeladen wird, daß ein vorgewähltes, nicht fokussiertes Bild des Gegenstandes vor dem Aufladen des Fotorezeptors mit einer elektrostatischen Ladung entgegengesetzter Polarität projiziert wird, und daß erneut ein vorgewähltes, nicht fokussiertes Bild des Gegenstandes auf den Fotorezeptor nach dem Aufladen projiziert wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Polarität negativ und die entgegengesetzte Polarität positiv ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Polarität positiv und die entgegengesetzte Polarität negativ ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Trägermaterial des Fotorezeptors als auch die Elektrode durchsichtig sind, und daß das Bild sowohl auf den Fotorezeptor als auch auf die Elektrode projiziert wird.
  8. Elektrostatisches Bildsystem zur Fotoreproduktion mit:
    (a) einem Fotorezeptor (10) mit einem dielektrischen Trägermaterial (12) und einem fotoleitfähigen Film (14), der in sehr gutem Kontakt mit dem Trägermaterial steht;
    (b) einer Elektrode (16) mit:
    (i) einem Band aus einem flexiblen Material; und entweder
    (ii) einem dazwischenliegenden leitfähigen Film (20), der innig mit dem Band verbunden sowie geerdet ist, und eine darüberliegende Schicht (22) aus einem dielektrischen Material, die in Verbindung mit dem leitfähigen Film steht und die derart aufgebaut und angeordnet ist, daß die in sehr guten Kontakt mit dem Trägermaterial (12) des Fotorezeptors über die Länge der Elektrode bringbar ist; oder
    (iii) einer darüberliegenden Schicht aus einem dielektrischen Material, die in leitender sowie geerdeter Verbindung mit dem Band steht und derart aufgebaut und angeordnet ist, daß sie in sehr guten Kontakt mit dem Trägermaterial (12) des Fotorezeptors über die Länge der Elektrode bringbar ist.
  9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der fotoleitfähige Film (14) amorphes Silizium und das Trägermaterial (12) Polyesterharz ist.
  10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Band ein Polyesterharz, der leitfähige Film (20) Kupferjodid und die darüberliegende Schicht (22) Siliziumnitrid ist.
  11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des fotoleitfähigen Films (14) des Fotorezeptors 25 bis 150 µm, die Dicke des leitfähigen Films (20) der Elektrode 10 bis 50 nm und die Dicke der darüberliegenden Schicht des Elektrode 100 nm - 5 µm ist.
  12. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode transparent und das Trägermaterial des Fotorezeptors transparent ist.
  13. System nach einem der Ansprüche 8 bis 12, gekennzeichnet durch Einrichtungen, die nacheinander
    (1) die Elektrode in sehr guten Kontakt mit dem Fotorezeptor bringen und den Fotorezeptor mit einer elektrostatischen Ladung einer Polarität aufladen und ein fotographisches Bild eines Gegenstandes auf den Fotorezeptor projizieren, wobei eine Ladung in den Zwischenraum zwischen dem fotoleitfähigen Film und dem Trägermaterial injizierbar ist;
    (2) den Fotorezeptor mit einer elektrostatischen Ladung entgegengesetzter Polarität aufladen; und
    (3) ein fotographisches Bild des Gegenstandes erneut auf den Fotorezeptor projizieren, wobei ein elektrostatisches Ladungsbild auf der Oberfläche des fotoleitfähigen Films gebildet ist.
  14. System nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Aufladen des Fotorezeptors mit einer elektrostatischen Ladung einer Polarität sowie zum Projizieren einer vorgewählten, nicht fokussierten Bildes des Gegenstandes vor dem Aufladen des Fotorezeptors mit einer elektrostatischen Ladung entgegengesetzter Polarität und zum erneuten Projizieren eines vorgewählten, nicht fokussierten Bildes des Gegenstandes auf den Fotorezeptor nach dem Aufladen.
  15. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Polarität negativ und die entgegengesetzte positiv ist.
  16. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Polarität positiv und die entgegengesetzte negativ.
  17. System nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial des Fotorezeptors und die Elektrode transparent sind, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die das Bild sowohl auf den Fotorezeptor als auch auf die Elektrode projiziert.
  18. System nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Aufladen des Fotorezeptor mit einer elektrostatischen Ladung einer Polarität und zum Projizieren eines vorgewählten, nicht fokussierten Bildes des Gegenstandes auf den Fotorezeptor vor der ersten Projektion des Bildes und erneut nach der zweiten Projektion des Bildes.
  19. System nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Aufladen des Fotorezeptors mit einer elektrostatischen Ladung einer Polarität und zum Projizieren eines vorgewählten, nicht fokussierten Bildes des Gegenstandes auf den Rezeptor während, vor oder nach der ersten Projektion des Bildes und erneut während, vor oder nach der zweiten Projektion des Bildes.
  20. System nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Bewegen der Elektrode weg von dem Fotorezeptor, wodurch das elektrische Feld oberhalb des Fotoleiters vergrößert wird.
  21. System nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Bewegen der Elektrode weg von dem Fotorezeptor und zum Aufbringen eines aus Partikeln bestehenden Toner-Materials, welches eine Ladung der einen Polarität auf dem fotoleitfähigen Film des Fotorezeptors trägt, wodurch das Bild auf dem fotoleitfähigen Film sichtbar wird.
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EP0171273A3 EP0171273A3 (en) 1987-07-29
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EP0171273A3 (en) 1987-07-29
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