DE1950028A1

DE1950028A1 - Elektrofotografische Druck- oder Kopiervorrichtung

Info

Publication number: DE1950028A1
Application number: DE19691950028
Authority: DE
Inventors: Grier John Douglas
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1969-02-28
Filing date: 1969-10-03
Publication date: 1970-09-17
Also published as: FR2030877A5; CH508231A; NL6917611A; GB1298959A

Description

Patentanwälte

Dr. Ing. H. Negendank

Dipl. Ing. H. Hauck

Dipl. Phys. W. Schmitz

8 München 15_r Mozartsir. 23

Tel. 5 38 05 8ο

OWENS-ILLINOIS, Inc.

to5 Madison Avenue

Toledo, Ohio/USA München, 3. Oktober 1S69

Anwaltsakte M-881

Elektrofotografische Druck- oder Kopiervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine elektrofotografische Druck- oder Kopiervorrichtung, die mit persistenter innerer Polarisation arbeitet und bei der an einem fotoleitfähigen Körper zwei leitende Elektroden angeordnet sind.

Zur persistenten inneren Polarisation (im folgenden PIP) werden positive und negative Ladungen in einem leitfähigen Isolierwerkstoff dadurch getrennt, daß er einer Bestrahlung und einem elektrischen Feld ausgesetzt wird. Die Ladungen werden danach eingefangen und bleiben "eingefroren", so daß sie ein inneres Polari-Isationsfeld während einer Zeitdauer bilden, die zum Tönen aus- I :reicht. PIP und die zugehörige Theorie sind'dem Fachmann der > ielektrofotografischen Technik bekannt. Dazu wird auf folgende \ Veröffentlichungen hingewiesen: Electrophotography, R.M.Schaffert,-

The Focal Press, London and New York (1965), Seiten 59 bis 77 j Persistent Internal Polarization, Kalimann und Rosenberg, The Physical Review, Band 97, No. 5 (15.März 1955), Seiten 1596 bis

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-1.61ο.- Auch die allgemeine Theorie von Wechselstrom-PIP ist aus der US-PS 3.199.086 bekannt.

Im allgemeinen weist eine PIP-Fotografie-Vorrichtung eine Schicht aus einem fotoleitfähigen Isolierstoff auf, die zwischen zwei Elektroden zur Erzeugung des Feldes eingesetzt ist. Der Effekt der persistenten inneren Polarisation kann in jedem Werkstoff erreicht werden, der die folgenden Eigenschaften hat:

1) Der Werkstoff muß einen großen Widerstand im Dunkeln haben (geringe Dichte freier Ladungsträger), so daß er ein guter Isolator beim Fehlen einer Bestrahlung .istv

2) Der Werkstoff muß fotoleitfähig sein, d.h. sein Widerstand muß abfallen, wenn er durch entsprechende Bestrahlung angeregt wird.

Typische PIP-Werkstoffe, an die im folgenden gedacht ist, sind ■ Dispersionen von Fotoleitern in Bindemitteln oder Bindemittelfreie ;dünne Schichten von Fotoleitern.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbare anorganische Fotoleiter sind beispielsweise aktiviertes Zinksulfid, Kadmiumsulfid, Zinkselenid, Kadmiumselenid, Kadmiumaxyd, Zink-Kadmiumselenid und Zink-Kadmiumsulfid. Beispiele für organische Fotoleiter sind Anthrazen, Chrysen und Polyvinylkarbazol, Beispielsweise verwendbare Harz-Bindemittel sind Zellulose-Azetat, Zellulose-Äther, Zellulose-Ester, Silikone, Vinylharze, Alkydharze '' und/oder Epoxyharze. Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen

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Stoffe beschränkt. Wenn fotoleitfähige Sulfide verwendet werden, wird die Verwendung von Glas-Bindemitteln bevorzugt, da sie niedrigschmelzende Zusammensetzungen sind, die kein- Blei enthalten, das die Sulfidhaltigen Phosphore vergiften könnte.

Die Bestrahlung des PIP-Materials kann durch eine beliebige elektromagnetische oder Korpuskular-Strahlung oder Energie, sichtbar oder unsichtbar, erfolgen, die das PIP-Material anregt, so daß eine Trennung der Ladungen in einem elektromagnetischen Feld stattfinden kann. Solche Strahlungen sind beispielsweise sichtbares Licht, Infrarot, Ultraviolett, Röntgenstrahlen, Gammastrahlen ' und Betastrahlen. Zum Drucken und Kopieren wird gewöhnlich Licht im sichtbaren Bereich verwendet. Die'Erfindung ist nicht auf die angegebenen Strahlungsarten beschränkt. Beim elektrofotografischen Drucken und Kopieren wird gewöhnlich zum gleichzeitigen Anlegen eines elektrischen Feldes und zum Beaufschlagen des PIP-Materials mit dem Liehtbxld ein Paar leitfäüger Elektroden verwendet, die durch eine Schicht aus PIP-Material getrennt sind. Solch eine Anordnung kann schwierig zu handhaben sein, da die Substratschicht leitfähig sein muß und Änderungen in der Dicke und Zusammensetzung der PIP-Schicht die Betriebseigenschaften der Vorrichtung beeinflussen können.

Die Erfindung sieht eine neue Elektrodeneinrichtung vor, mit der die oben erwähnten Mängel bekannter Einrichtungen behoben werden können. Erfindungsgemäß ist eine Elektrodeneinrichtung vorgesehen, der zwei Elektroden entgegengesetzter Polarität in der j selben Ebene oder auf der gleichen Seite der PIP-Schicht ange- ι

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ordnet sind, wenn Gleichstrom verwendet wird.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist jede Elektrode mehrere Elemente auf, die in einer Reihe unter Abständen in derselben Ebene angeordnet sind und sich abwechseln* Die Elemente sind an der Oberfläche der PIP-Schicht befestigt oder in dieser eingebdtet.

Wenn ein latentes elektrostatisches Bild unter Verwendung von Gleichstrom in dem PIP-Material erzeugt werden soll, wird ein ,. elektrisches Feld angelegt und das PIP-Material wird einer akti-

vierenden Strahlung ausgesetzt, die ein Bild oder ein anderes Muster sein kann. Die Elektrodenelemente in den bestrahlten Abschnitten nehmen PIP-Ladung auf, deren Vorzeichen dem der angelegten Ladung entgegengesetzt ist. Dadurch wird die eine Hälfte positiv und die andere Hälfte negativ aufgeladen.

Wenn die Bildbestrahlung genügend lange fortgesetzt wird, wird der bestrahlte Bereich der PIP-Schicht polarisiert. Auf diese Weise wird das Bild durch ein inneres latentes elektrostatisches ' Bild oder Muster simuliert, das an der Oberfläche des PIP-Materials abgetastet werden kann.

Wenn unter Verwendung von Wechselstrom ein latentes elektrostatisches Bild in dem PIP-Material erzeugt werden soll, wird das elektrische Feld angelegt und das PIP-Material der aktivierenden

Bildbestrahlung ausgesetzt. Wenn die Bildbestrahlung genügend ilange andauert, nimmt der bestrahlte Bereich der PIP-Schicht ein

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Potential an, dessen Vorzeichen gleich dem der weniger beweglichen

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Ladungsträger in dem verwendeten PIP-Material ist. Dadurch wird ein inneres latentes elektrostatisches Bild erzeugt, das an der . Oberfläche des PIP-Materials abgetastet werden kann. Die Ladungstrennung wird in diesem Fall durch die Beweglichkeit der einen Ladungsträgersorte gegenüber der Unbeweglichkeit der anderen Ladungsträgersorte bewirkt, wobei die Beweglichkeiten von den Eigenschaften des gewählten PIP-Materials abhängen.

Das latente elektrostatische Bild wird danach mit geladenen oder dipolaren Tonerteilchen entwickelt, um eine 'sichtbare Reproduktion des Bildes zu schaffen, die betrachtet, photographiert oder unter Verwendung der bekannten elektrofotografischen Druck- oder Kopierverfahren übertragen werden kann.

Es ist zu beachten, daß aufgrund der Eigenschaften des PIP-Materials das latente elektrostatische Bild in dem PIP-Material erhalten bleibt, so daß eine begrenzte Zahl von Reproduktionen hergestellt werden kann. Das Bild kann durch eine Ganzbestrahlung ausgelöscht werden, so daß das PIP-Material in dea neutralen Zustand zurückgebracht wird, in dem es zur Bildung eines neuen elektrostatischen Bildes verwendet werden kann.

Es wird entweder ein Wechselfeld oder ein Gleichspannungsfeld zwischen den beiden diskontinuierlichen Elektroden angelegt, und die Bestrahlung wird auf die PIP-Schicht durch die diskontij nuierlichen Elektroden projeziert. Auf diese Weise wird ein .j elektrostatisches latentes Bild erzeugt, das getönt und als \ Tonerbild übertragen werden kann* i

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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen, beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen PIP-Vorrichtung, die mit Gleichstrom arbeitet und zwei diskontinuierliche Elektroden aufweist, die an.der Oberfläche einer PIP-Schich.t angeordnet sind und auf die die Bildbestrahlung projeziert wird;

_ Fig. 2 eine Endansicht der in Fig. 1 gezeigten PIP-Vorrichtung, wobei die Elektrodeneinrichtung schematisch dargestellt ist;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen PIP-Vorrichtung, die mit Wechselstrom arbeitet und zwei diskontinuierliche Elektroden aufweist, die auf der Oberseite einer PlP-Schicht angeordnet sind und auf die die Bildbestrahlung projeziert wird;

Fig. 4 eine Endansicht der in Fig. 1 gezeigten PIP-Vorrichtung, wobei die Elektrodeneinrichtung schematisch dargestellt ist

In den Zeichnungen ist der PIP-Körper Io dargestellt, an dem zwei Elektroden 12 und It- befestigt oder eingebettet sind, die mit einer Gleichspannungsquelle E verbunden sind. Zum Zwecke der Darstellung sei die Elektrode 12 (Fig. 2) mit dem positiven An-Schluß der Gleichspannungsquelle und die Elektrode Ik mit dem negativen Anschluß der Gleichspannungsquelle E verbunden. _i

Die beiden Elektroden 12 und IM- sind diskontinuierlich. Jede Elektrode kann die Form eines Kammes haben, der an der Oberfläche des PIP-Körpers Io befestigt oder in diese eingebettet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Kamm jeder Elektrode aus mehreren Elementen 16, die in einer Reihe in derselben Ebene angeordnet sind und miteinander abwechseln. Daher liegen mehrere Elektrodenelemente 16 nebeneinander in derselben Ebene, deren Polarität abwechselnd jeweils den entgegengesetzten Wert hat. Beide Elektroden 12 und 14 liegen auf der gleichen Seite des PIP-Körpers Io, so daß eine Stützelektrode oder ein leitfähiges Substrat auf der anderen Seite des PIP-Körpers Io überflüssig wird.

Wenn die Einrichtung einer Bildbestrahlung (eingekreiste Fläche 18) und einem elektrischen Feld unterworfen wird, reagiert der PIP-Körper Io wie in Fig. 2 gezeigt ist. Nur in den Bereichen, die einer Bildbestrahiung ausgesetzt sind, d.h. die Bereiche in der eingekreisten Fl"ihe 18 der Bildbestrahlung, werden bewegliche Ladungen erzeugt, die unter der Wirkung des Feldes zu einer inneren Polarisation führen. Die PIP-Einrichtunghat auf diese Weise ein latentes elektrostatisches Bild erzeugt (schematisch durch die" Ladungen in der Fläche 18 von Fig. 2 dargestellt) , das übertragen und unter Verwendung von geladenem elektroskopischen Puder abgedruckt werden kann. Um das elektrostatische Bild auszulöschen, wird der PIP-Körper ins-gesamt bestrahlt.

Einer kontinuierlichen Elektrode haftet der Nachteil an, daß sie ■ entfernt werden muß, um das latente elektrostatische Bild zu

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tönen und übertragen zu können, da sie als Abschirmung zwischen dem elektrostatischen Bild und den elektroskopischen Teilchen wirkt, weil überall Bildladungen vorhanden sind. Im Gegensatz dazu schirmen die erfindungsgemäßen diskontinuierlichen kammförmigen Elektroden 12 und Ik mit ihrem hohem Prozentsatz von öffnungen die elektroskopischen Teilchen nicht von den Feldern des latenten elektrostatischen Bildes ab und diese Elektroden müssen daher nicht abgenommen werden, während das Bild getönt und abgedruckt wird. Daher weist die diskontinuierliche Elektrode den Vorteil auf, daß dadurch, daß sie nicht abgenommen werden kann, eine erhebliche Zeitersparnis erzielt wird und die Übertragungsgeschwindigkeit leicht erbringt, die bei der Verwendung einer PIP-Einrichtung in einer Druck- oder Kopiermaschine notwendig ist. '

Bei herkömmlichen Kopiermaschinen hat es sich gezeigt, daß die Tönung großer zusammenhängender Flächen oft eine erhöhte Tonerdichte zur Folge hat. Dadurch wird das Bild in den Bereichen gestört, die am weitesten von den Kanten entfernt sind. Mit anderen Worten erscheinen die mittleren Abschnitte einer großen zusammenhängenden Fläche, die mit Toner versehen und von solch einem Bild übertragen wurde, oft weniger deutlich als die Kantenabschnitte. Durch die Verwendung einer diskontinuierlichen Elektrode (wie beispielsweise die kammförmigen Elektroden 12 und 14) werden die großen Bereiche elektrisch unterteilt, so daß sich eine gleichmäßige Entwicklung über die großen Bereiche des latenten Bildes ergibt.

Ein Vorteil von nicht abnehmbaren Elektroden, wie beispielsweise

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den befestigten oder eingebetteten kammförmigen Elektroden 12 und m, besteht darin, daß es möglich ist, die Ansammlung von Staub und Toner zwischen der Elektrode und der PIP-Schicht zu vermeiden. Abnehmbare Elektroden fangen häufig Staubteilchen und anderes Fremdmaterial ein, das die Wirkung der Feldlinien auf die PIP-Schicht stört, wenn es zwischen die Elektrode und die PIP-Schicht gelangt. Durch die nicht abnehmbaren Elektroden, die in der Oberfläche der PIP-Schicht eingebettet sind, wie beispielsweise die kammförmigen Elektroden 12 und 14, wird die Möglichkeit eliminiert, daß Staubteilchen sich zwischen den Elektroden und der PIP-Schicht ansammeln, so daß ein Schutz gegen eine Störung _

sicherder Feldlinien/gestellt ist.

Wenn die nicht entfernbaren, kammförmigen Elektroden zusammen mit einer Schicht aus PIP-Material verwendet werden, sind verschiedene Abwandlungen im Rahmen der Erfindung möglich. Es kann entweder ein geladener Toner oder ein dipolarer Toner verwendet werden. Es ist zu beachten, daß ein dipolarer Toner beide Polaritäten tönt, so daß die Bildauflösung auf dem gleichen Wert wie die Linienauflösung gehalten wird. Dasselbe Ergebnis kann durch Verwendung zweier entgegengesetzt geladener Toner entweder in einerMischung oder nacheinander erreicht werden.

Die kammförmigen Elektroden 12 und IM· können aus dünnen leitfähigen Metallstreifen bestehen, die an der Oberfläche der PIP-Schicht befestigt oder in diese eingebettet sind,Sie Elektroden können auch in herkömmlicher Weise auf die Oberfläche der PIP-Schicht aufgedampfte Metallschichten sein. Ferner können sie

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als dicke Schicht aus einer mikroelektronischen Paste aufgedruckt

Bei dem AusfÜhrungsbeispieL gemäß Fig. 3 wird ein elektrisches Wechselfeld von einer Wechselstromquelle angelegt und der PIP-Körper 2o reagiert wie in Fig. 3 gezeigt ist. Nur die Ladungsträger, die der Bildbestrahlung ausgesetzt werden, d.h. die in der eingekreisten Bildbestrahlungsfläche 28, führen zu einer internen Polarisation unter der Wirkung des von der Wechselstromquelle erzeugten Feldes. Zum Zwecke der Darstellung haben die positiven Ladungsträger die geringere Beweglichkeit und bilden daher das latente elektrostatische Bild. Die PIP-Einrichtung erzeugt daher ein latentes elektrostatisches Feld, das schematisch durch die Ladungen in der eingekreisten Fläche 28 in Fig. dargestellt ist und das durch Tönen, Obertragen und unter Verwendung von geladenem elektroskopischen Puder abgedruckt werden . kann. ■■■■'_

Die sich gegenseitig abwechselnden Elemente 26 der erfindungsgemäßen Elektroden 22 und 24 können aus dünnen leitfähigen Metallstreifen bestehen, die an der Oberfläche der PIP-Schicht befestigt oder in diese eingebettet sind. Es können auch in herkömmlicher Weise auf die Oberfläche der PIP-Schicht aufgedampfte Metallstreifen verwendet werden. Die leitfähigen Elemente 26 können auch kleine Drähte oder Bänder aus Glas mit einem leitfähigen Überzug aus Zinnoxyd sein, so daß sie im wesentlichen transparent sind. ι

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Die erfindungsgemäßen leitfähigen, nicht abnehmbaren, kammförmigen Elektroden liegen in derselben Ebene auf der gleichen Seite der PIP-Schicht und bestehen jeweils aus mehreren leitfähigen Elementen, die in einer Reihe unter Abständen angeordnet sind und sich jeweils abwechseln; Solche diskontinuierlichen Elektroden können dazu verwendet werden, gleichzeitig ein elektrisches Feld anzulegen und das Auftreffen der Bestrahlung auf die PIP-Schicht zu gestatten, wobei die Elektroden beim Tönen und Obertragen des Bildes nicht abgenommen werden müssen. Dabeide Elektroden auf der gleichen Seite der PIP-Schicht liegen, wird durch die Erfindung eine kompakte Einheit geschaffen, die ein leitfähiges Substrat oder eine Stützelektrode überflüssig macht. Da diese Einrichtung sowohl bei einem Gleichfeld als auch bei einem Wechselfeld arbeitet, besteht das elektrostatische latente Bild aus einer durchgehend gleichen Ladung und kann vollständig getönt und übertragen werden.

Es ist zu beachten, daß die erfindungsgemäße Einrichtung, obwohl sie nur im Zusammenhang mit einem ebenen System gezeigt ist, auch bei einer drehbaren Trommeleinrichtung verwendet werden und so angeschlossen werden kann, daß die Trommel kommtftierbar ist. Nach einer bevorzugten Ausfuhrungsform sind die kammförmigen Elektroden auf geeignete Weise in Segmente unterteilt, so daß verschiedene Abschnitte der Trommel verschiedene Funktionen gleichzeitig ausführen können.

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Claims

Patentansprüche

(Iy Elektrofotografische Druck- oder Kopiervorrichtung, die mit persistenter innerer Polarisation arbeitet und bei der an einem fotoleitfähigen Körper zwei leitende Elektroden angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektroden (12, 14)(22, 24) diskontinuierlich sind und in derselben Ebene auf derselben Seite des fotoleitfähigen Körpers (lo, 2o) angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Elektroden (12, 14, 22, 24) ein elektrisches Gleichfeld oder Wechselfeld an dem fotoleitfähigen Schichtkörper angelegt wird, und daß der Körper (lo, 2o) durch die offenen Zwischenräume der diskontinuierlichen Elektroden (12, 14, 22, 24) bestrahlt wird.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede diskontinuierliche Elektrode (12, 14, 22, 2M-) mehrere Elemente aufweist, die in einer Reihe unter Abständen derselben Ebene angeordnet sind und miteinander abwechseln.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (12, IM-, 22, 24) an derselben Fläche des fotoleitfähigen Körpers (Io, 2o) befestigt sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (12, 11, 22, 24) wenigstens teilweise in derselben Oberfläche des Körpers (lo, 2o) eingebettet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die Elektroden (12, 14, 22, 24) in derselben Fläche des fotoleitfähigen Körpers (lo, 2o) vollständig eingebettet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenelemente (16, 26) im wesentlichen transparent sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die . beiden Elektroden (12, 14, 22, 24) kammförmig ausgebildet

j sind.

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