DE1597844B2 - Verfahren zur Umkehrentwicklung eines elektrostatischen Ladungsbildes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umkehr-Entwicklung eines elektrostatischen Ladungsbildes auf einer photoleitfähigen Schicht unter Anwendung eines flüssigen Entwicklers, wobei durch Anlegen einer äußeren Spannung an eine Entwicklungselektrode das elektrische Feld im Bereich der maximalen Ladungsdichte der photoleitfähigen Schicht eben kompensiert oder wobei eine etwas geringere Spannung als die zur Kompensation erforderliche Spannung an die Entwicklungselektrode angelegt wird.

Bei dem elektrophotographischen Verfahren wird ein Toner zum Anhaften an den Bereichen gebracht, auf welchen elektrostatische Ladungen vorhanden sind bzw. bei welchen keine elektrostatischen Ladungen vorhanden sind. Die letztere Arbeitsweise wird als »Umkehrentwicklungsverfahren« bezeichnet.

Bei dem Umkehrentwicklungsverfahren wird ein lichtempfindliches Material verwendet, das einen elektrisch leitfähigen Träger und eine photoleitfähige Schicht, die z. B. aus amorphem Selen oder einer Mischung von Zinkoxydpulver und einem Harz besteht, verwendet. Die photoleitfähige Schicht wird in geeigneter Weise, beispielsweise durch eine Koronaentladung in einem dunklen Raum, gleichförmig geladen, und dann einer Bildbelichtung unterworfen, wodurch die elektrischen Ladungen auf der belichteten, photoleitfähigen Schicht neutralisiert und beseitigt werden, während die elektrischen Ladungen auf den übrigen Bereichen zurückbleiben. Demgemäß treten die elektrostatischen Ladungen auf der photoleitfähigen Schicht in Form eines Bildes, entsprechend dem Lichtbild in Erscheinung. Wenn ein Toner vom gleichen Ladungstyp wie die elektrischen Ladungen auf der photoleitfähigen Schicht mit dieser in Berührung gebracht wird, haftet er an den ladungsfreien Bereichen an.

Ein Verfahren zur Umkehrentwicklung eines statischen Ladungsbildes auf einer photoleitfähigen Schicht unter Anwendung eines flüssigen Entwicklers ist z. B. in der US-PS 31 76 653 beschrieben.

Bei den bekannten Umkehrverfahren wird eine äußere Elektrode angewendet, auf welche eine äußere Spannung zur Kompensation der auf der photoleitfähigen Schicht vorhandenen Ladungen angelegt wird, wobei in den ladungsfreien Bereichen der photoleitfähigen Schicht Umkehrladungen erzeugt werden. Dabei kann die an die äußere Elektrode angelegte Spannung maximal so groß sein, daß sie die Ladungen der photoleitfähigen Schicht vollständig kompensiert, sie kann jedoch auch geringer sein, so daß lediglich eine Abschwächung der auf der photoleitfähigen Schicht

ίο vorhandenen Ladungen stattfindet, wobei jedoch im ladungsfreien Bereich Ladungen von umgekehrten Vorzeichen induziert werden.

Bei Ausführung dieser Arbeitsweise tritt jedoch der Nachteil auf, daß gegebenenfalls eine Überkompensierung stattfindet, indem durch das äußere Spannungsfeld, z. B. in den zu entladenden Bereichen, eine Umkehrladung eingeführt wird, was auf den Dunkelabfall der photoleitfähigen Schicht zurückzuführen ist
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens der eingangs genannten Art, bei welchem eine Schleierbildung, die durch eine unerwünschte Tonerablagerung infolge des Dunkelabfalls des photoleitfähigen Materials in der Flüssigkeit in wirksamer Weise verhindert werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß man die äußere Spannung während der Entwicklung entsprechend dem Dunkelabfall der Ladung der in Berührung mit dem flüssigen Entwickler stehenden photoleitfähigen Schicht ändert

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann man die Spannungsänderung kontinuierlich und synchron mit dem Dunkelabfall ausführen.

Die Spannungsänderung kann auch in einem Sprung erfolgen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

In F i g. 1 wird die Verteilung eines elektrischen Feldes auf der photoleitfähigen Schicht bei dem elektrophotographischen Verfahren veranschaulicht.

F i g. 2 veranschaulicht die Wirkung einer in Nähe angeordneten Elektrode, die zur Verhinderung des Rand- oder Kanteneffekts verwendet wird.

F i g. 3 erläutert das Anlegen einer Spannung an die Elektrode von F i g. 2.

F i g. 4 zeigt in graphischer Darstellung den Dunkelabfall der geladenen photoleitfähigen Schicht und

F i g. 5 zeigt, in graphischer Darstellung den Dunkelabfall in dem Fall, wenn die photoleitfähige geladene Schicht für kurze Zeit in Luft stehengelassen und dann in eine isolierende Flüssigkeit eingetaucht wird.

In Fig. 1 erläutert die Skizze (a) die Richtung und Verteilung von elektrischen Kraftlinien in Schnittansicht, wobei positive Ladungen in bandförmiger Verteilung auf einem Aufzeichnungsmaterial 1 vorhanden sind, das eine photoleitfähige Schicht 11 und einen elektrisch leitfähigen Träger 12 umfaßt. Die Skizze (b) zeigt die Verteilung eines elektrischen Feldes in Oberflächennähe der photoleitfähigen Schicht in senkrechter Richtung zu der photoleitfähigen Schicht, wie in F i g. 1 (a) dargestellt. Die waagerechte Achse entspricht der Ladung der photoleitfähigen Schicht und die senkrechte Achse stellt die Stärke des elektrischen Feldes dar. Wie aus F i g. 1 (b) ersichtlich, wird ein positives elektrisches Feld (die Richtung senkrecht nach außen von der Oberfläche der photoleitfähigen Schicht wird als »positiv« definiert) innerhalb eines Bereiches gebildet in welchem positive Ladungen vorhanden sind; jedoch ist die Verteilung des elektrischen Feldes nicht

gleichförmig. Dabei ist nämlich die Stärke des elektrischen Feldes innerhalb eines Bandteiles (der nachstehend als »Band« bezeichnet wird), wo elektrische Ladungen vorhanden sind, verhältnismäßig gering, in Nähe der Enden des Bandes bei einem Maximum und an den Enden des Bandes praktisch Null. Andererseits ist das elektrische Feld außerhalb des Bandes negativ, wobei dessen Stärke in Nähe der Enden des Bandes bei einem Maximum ist, und in Entfernung von dem Band kleiner wird. Wenn ein positiv geladener Toner mit der photoleitfähigen Schicht in Berührung gebracht wird, wird der Toner in den negativen Bereichen des elektrischen Feldes angezogen. Dabei ist die Entwicklung in unmittelbarer Nähe des Bandendes sehr stark, während sie mit zunehmendem Abstand von dem Band geringer wird. Diese Erscheinung ist allgemein als »Randeffekt« bekannt.

Zur Überwindung dieses Nachteils ist es bekannt, eine Entwicklungselektrode anzuwenden. In den F i g. 2 (c) und (d) sind die elektrischen Kraftlinien und die Verteilung des elektrischen Feldes in diesem Fall dargestellt. Dabei zeigt F i g. 2 (c), daß die elektrischen Kraftlinien im wesentlichen senkrecht zu der photoleitfähigen Schicht sind, wenn die Entwicklungselektrode 2 praktisch parallel in Nähe der photoleitfähigen Schicht 11 angeordnet ist, während Fig.2(d) den Verteilungszustand des elektrischen Feldes bei dieser Anordnung anzeigt. Auf diese Weise werden ein positives elektrisches Feld einer im wesentlichen gleichförmigen Stärke innerhalb des Bandes und ein negatives elektrisches Feld außerhalb des Bandes erhalten. Auch wenn der Zwischenraum zwischen der Entwicklungselektrode und der photoleitfähigen Schicht auf ein sehr geringes Ausmaß verringert werden kann, wobei die Verteilung des positiven elektrischen Feldes innerhalb des Bandes rechtwinkelig und außerhalb des Bandes Null sein soll, ist es schwierig, den Zwischenraum über ein bestimmtes Ausmaß hinaus zu verringern, da in der Praxis in diesen Zwischenraum ein Toner eingeführt wird. Daher führt die Berührung eines positiven Toners unter Beibehaltung von etwas Zwischenraum zu einer geringen Haftung des Toners auf der Außenseite des Bandes. Um einen Toner auf Flächen außerhalb des Bandes in wirksamer Weise zum Anhaften zu bringen, ist es bekannterweise notwendig, ein äußeres elektrisches Feld, wie in Fig..3 gezeigt, anzuwenden. In F i g. 3 (e) wird eine Spannung Va über die Spannungsquelle 3 angelegt, um das elektrische Feld von positiven Ladungen auf der photoleitfähigen Schicht zu kompensieren.

Demzufolge verschwinden die elektrischen Kraftlinien, die auf die Entwicklungselektrode von dem Band gerichtet werden, während die elektrischen Kraftlinien, die zu der photoleitfähigen Schicht vor. der Entwicklungselektrode gerichtet werden, außerhalb des Bandes erscheinen. Fig.3(f) zeigt die Verteilung des elektrischen Feldes in diesem Fall, das innerhalb des Bandes nahezu Null ist und außerhalb des Bandes einen im wesentlichen gleichförmigen negativen Wert aufweist. Wenn ein positiv geladener Toner mit der photoleitfähigen Schicht unter solchen Bedingungen in Berührung gebracht wird, haftet er auf der Außenseite des Bandes in einer im wesentlichen gleichförmigen und ausreichenden Dichte an, wodurch die gewünschte Umkehrentwicklung erreicht werden kann. In diesem Fail kann die angelegte Spannung Va geringer als die vorstehend angegebene, zur Kompensation erforderliche Spannung, sein. Wenn Va das elektrische Feld der positiven Ladungen des Bandes eben kompensiert, ist Va an der oberen Grenze und wenn Va geringer als dieser Wert ist, werden innerhalb des Bandes ein positives elektrisches Feld und außerhalb des Bandes ein negatives elektrisches Feld gebildet Dieses negative elektrische Feld muß lediglich eine ausreichende Stärke besitzen, um einen Toner zum Anhaften an der photoleitfähigen Schicht zu bringen.

Bei der vorstehend gegebenen Erläuterung blieb der

ίο Dunkelabfall der photoleitfähigen Schicht außer Acht. Da eine übliche photoleitfähige Schicht in größerem oder geringerem Ausmaß einen Dunkelabfall aufweist, nehmen die elektrischen Ladungen auf der photoleitfähigen Schicht im Verlauf der Zeit ab und dementsprechend nimmt dabei das elektrische Feld ab. F i g. 4 zeigt in graphischer Darstellung den Dunkelabfall der photoleitfähigen Schicht, worin die waagerechte Achse die Zeit darstellt und die senkrechte Achse das elektrische Feld in senkrechter Richtung in Oberflächennähe der photoleitfähigen Schicht wiedergibt. Beim Zeitpunkt t = 0 ist die elektrostatische Aufladung der photoleitfähigen Schicht maximal, wobei das elektrische Feld zu diesem Zeitpunkt Eo beträgt Eo ist das elektrische Feld in der Größe des Anfangspotentials.

Wenn die Entwicklung zum Zeitpunkt t = T\ begonnen wird und zum Zeitpunkt t — 7} vervollständigt wird, wird das elektrische Feld von E = £\ bei f = 71 auf E = £2 bei t = T2 verringert. E\ — Ei kann von einem sehr großen Wert bis zu einem sehr kleinen Wert in

Übereinstimmung mit den Eigenschaften oder der Charakteristik der photoleitfähigen Schicht variieren. Tatsächlich variiert der Wert von E\—Ei bisweilen von mehreren Volt bis zu mehreren 1000 Volt. Wenn die Entwicklung ausgeführt wird, während eine äußere Spannung Va\ angelegt wird, die das elektrische Feld £1 bei f = T\ eben kompensiert, oder die etwas geringer ist als die erforderliche Kompensationsspannung, übersteigt das durch die äußere Spannung gebildete elektrische Feld das durch die elektrischen Ladungen der photoleitfähigen Schicht erzeugte elektrische Feld nach einer Zeitdauer t = Ti bis ί = 7} so daß ein Toner auf diese Weise an Bereichen anhaftet, an welchen der Toner ursprünglich nicht anhaftete, wodurch eine Schleierbildung verursacht wird. Es wurde festgestellt, daß man diesen Nachteil überwinden kann, indem man die äußere Spannung während der Entwicklung entsprechend dem Dunkelabfall der Ladung der photoleitfähigen Schicht ändert, wodurch beide elektrische Felder jeweils eben kompensiert werden, oder die äußere Spannung etwas geringer gehalten wird, oder indem man vorhergehend den Dunkelabfall der Spannung der photoleitfähigen Schicht während der Entwicklung prüft und die äußere Spannung um wenigstens den festgestellten Grad verringert. Obgleich bei der vorstehenden Darstellung der Dunkelabfall der photoleitfähigen Schicht in Betracht gezogen wird, wird die photoleitfähige Schicht im Falle der Ausführung einer Entwicklung mit einem flüssigen Entwickler häufig von der isolierenden Trägerflüssigkeit beeinflußt,

ho wodurch die Spannung noch rascher abfällt. Wenn die photoleitfähige Schicht aus einem Gemisch von Zinkoxydpulver und einem Harz besteht, wobei das Harz beispielsweise ein Siliconharz ist, absorbiert das Harz eine Vielzahl organischer isolierender Flüssigkeiten, auch wenn es darin nicht gelöst wird, und der Spannungsabfall wird so rasch, daß keine Entwicklung durchgeführt werden kann. Das Anfangspotential beispielsweise in der Größenordnung von 500 Volt wird

bisweilen nahezu Null nach etwa 10 see bei Berührung mit Kerosin. Obgleich ein derartiger Abfall durch Änderung der Art des Harzes verringert werden kann, sind viele der Harze, z. B. gehärtete Alkydharze mit einem bestimmten Abfall des Potentials durch die Berührung mit isolierenden Flüssigkeiten in größerem Ausmaß als beim Stehen in der Luft verbunden.

Im Falle der Pulveraufstäubungsentwicklung, Entwicklung mittels Magnetbürste oder Kaskadenentwicklung ist es lediglich erforderlich, den Ladungsabfall in Luft in Betracht zu ziehen, wohingegen im Falle der flüssigen Entwicklung der Potentialabfall durch eine Flüssigkeit zumeist berücksichtigt werden muß.

In F i g. 5 ist der Ladungsabfall in Luft und derjenige in einer isolierenden Flüssigkeit gezeigt, wobei ersterer durch die Kurve A und letzterer durch die Kurve B dargestellt sind. Die photoleitfähige Schicht mit einem elektrischen Feld an der Oberfläche von E₀ zum Zeitpunkt f = 0 erfährt einen Ladungsabfall entlang der Kurve A in Luft, wobei der Abfall des Oberflächenpotentials mit dem Beginn der flüssigen Entwicklung zum Zeitpunkt t = 71 entlang der Kurve B fortschreitet. Wenn die Entwicklung zum Zeitpunkt f = T₂ unterbrochen wird, hat das Oberflächenpotential auf E₂ abgenommen. In Luft sollte dieses Oberflächenpotential zum Zeitpunkt t = T₂ in der Größenordnung von E₂ Hegen. Es wurde häufig festgestellt, daß E\-E₂<<E\-E₂'\s\.

Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung ist es nun rnöglich, daß man die äußere Spannung ändert, um mit dem Spannungsabfall der photoleitfähigen Schicht synchron zu sein, und dadurch in gleichbleibender Weise eine Spannung aufbringt, die ausreichend ist, um ein elektrisches Feld von elektrischen Ladungen maximaler Ladungsdichte auf der photoleitfähigen Schicht zu kompensieren oder umzukehren, oder eine etwas geringere Spannung als die Kompensationsspannung aufbringt oder eine konstante äußere Spannung aufbringt, die unter Berücksichtigung der Stärke des Abfalls des elektrischen Feldes während der Entwicklung in Übereinstimmung mit dem Verhalten der photoleitfähigen Schicht und nach Subtraktion von wenigstens einer dem elektrischen Feld entsprechenden Spannung errechnet wurde.

Die vorstehenden Ausführungen erfolgen mit Bezug auf ein Beispiel, bei welchem elektrische Ladungen einer konstanten Ladungsdichte auf bestimmten Flächen einer photoleitfähigen Schicht vorhanden sind und keine elektrischen Ladungen an anderen Flächen vorhanden sind, da jedoch die Ladungsdichte von Null bis zu einem Maximum, entsprechend dem angewendeten Lichtbild kontinuierlich verteilt ist, ist es ersichtlich, daß bei der praktischen Umkehrentwicklung Flächen von maximaler Ladungsdichte den Flächen einer konstanten Ladungsdichte in der vorstehend gegebenen Erläuterung entsprechen können.

Durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird die Bildung von Tonerbildern ermöglicht, bei welchen keine unerwünschten Tonerablagerungen infolge eines Dunkelabfalls der photoleitfähigen Schicht stattfinden und somit können klare Bilder frei von Schleier hergestellt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Umkehr-Entwicklung eines elektrostatischen Ladungsbildes auf einer photoleitfähigen Schicht unter Anwendung eines flüssigen Entwicklers, wobei durch Anlegen einer äußeren Spannung an eine Entwicklungselektrode das elektrische Feld im Bereich der maximalen Ladungsdichte der photoleitfähigen Schicht eben kompensiert oder wobei eine etwas geringere äußere Spannung als die zur Kompensation erforderliche Spannung an die Entwicklungselektrode angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die äußere Spannung während der Entwicklung entsprechend dem Dunkelabfall der Ladung der in Berührung mit dem flüssigen Entwickler stehenden photoleitfähigen Schicht ändert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Spannungsänderung kontinuierlich und synchron mit dem Dunkelabfall ausführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Spannungsänderung in einem Sprung ausführt.