DE4037670A1

DE4037670A1 - Verfahren und vorrichtung zum drucken von zwei oder mehr farben unter verwendung eines elektrografischen verfahrens

Info

Publication number: DE4037670A1
Application number: DE4037670A
Authority: DE
Inventors: Koichi Kinoshita
Original assignee: Kentek Information Systems Inc
Current assignee: Kentek Information Systems Inc
Priority date: 1989-11-28
Filing date: 1990-11-27
Publication date: 1991-05-29
Also published as: US5006868A; GB9024514D0; JPH03179468A; GB2238628A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrofotografischen Drucken eines Bildes in einer oder mehreren Farben während einer einzigen Um drehung einer fotoleitenden Trommel oder eines entsprechen den Bandes. Das Bild kann durch ein LED-Feld oder einen Laserbilderzeuger hergestellt werden, wie dies bei einem computerbetriebenen Drucker der Fall ist. Insbesondere be trifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von mindestens zwei elektrostatisch unterscheid baren latenten Bildern, zum Entwickeln der beiden latenten Bilder mit elektrostatisch (und farblich) verschiedenen Tonern und zur Übertragung der beiden entwickelten Bilder auf ein Druckmedium, und zwar alles während einer einzigen Umdrehung des fotoleitenden Elementes.

Beim elektrofotografischen oder xerografischen Drucken wird ein fotoleitendes Element zur Aufzeichnung eines Bildes ver wendet. Das fotoleitende Element, das die Form eines Bandes oder einer Trommel besitzt, wird auf ein im wesentlichen gleichmäßiges Potential aufgeladen, um seine fotoleitende Oberfläche zu sensibilisieren. Bei einem Kopiergerät be leuchtet eine Lichtquelle ein zu kopierendes Original. Mit Hilfe von Linsen, Spiegeln und verschiedenen anderen optischen Bestandteilen wird der aufgeladene Abschnitt der fotoleitenden Fläche einem reflektierten Lichtbild des zu reproduzierenden Originales ausgesetzt. Die dem Licht ausgesetzte fotoleitende Fläche wird leitend gemacht und ihr Potential reduziert. Der unbelichtete, d. h. der mit Linien oder dem Druck bedeckte Teil des Bildes, verbleibt nicht leitend, und sein Potential wird nicht verändert. Auf diese Weise wird das Lichtbild als latentes elektrostatisches Bild auf dem fotoleitenden Element aufgezeichnet.

Im Falle eines an einen Computer angeschlossenen elektro grafischen Druckers findet ein ähnliches Verfahren Anwen dung, um Informationen auf dem fotoleitenden Element auf zuzeichnen. Der aufgeladene Abschnitt der fotoleitenden Fläche wird einem Lichtbild ausgesetzt, das von einem optischen Druckkopf erzeugt wird. Die genaue Form des Lichtbildes wird durch Eingangssignale vom Computer ge steuert. Beispielsweise kann ein Laser oder ein LED-Feld als optischer Druckkopf Verwendung finden, der Eingangssignale vom Computer empfängt, um das fotoleitende Element mit einem Lichtbild einer speziellen Form zu beleuchten. Auch hier wird ein latentes elektrostatisches Bild, das den ge wünschten Informationsbereichen entspricht, auf dem foto leitenden Element in der Form von Bereichen mit höherem und niedrigerem Potential aufgezeichnet.

Bei einer Variante des vorstehend beschriebenen Verfahrens findet ein fotoleitendes Element Verwendung, das mit einer dünnen und transparenten Isolationsschicht bedeckt ist. Dies stellt die Basis für das elektrofotografische Verfahren nach Katsuragawa dar, das nachfolgend beschrieben wird.

Bei diesem Verfahren besitzt das grundlegende fotoleitende Element einen sandwichförmigen Dreischichtenaufbau mit einem leitenden Substrat, einer fotoleitenden Schicht und einer dünnen transparenten dielektrischen Schicht, die die foto leitende Schicht abdeckt. Bei diesem Verfahren finden fol gende Schritte zur Ausbildung des elektrostatischen Bildes Verwendung:
(1) Eine Koronaaufladung zur Erzeugung eines Oberflächen potentials einer Polarität auf dem fotoleitenden Element, (2) eine Koronaaufladung umgekehrter Polarität gleichzeitig mit der Bildbelichtung und (3) eine gleichmäßige Gesamt beleuchtung. Als Ergebnis dieser Schritte wird ein endgül tiges latentes elektrostatisches Bild auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht erzeugt und das Feld innerhalb der fotoleitenden Schicht wird auf Null reduziert. Von hier an sind die einzelnen Betriebsschritte die gleichen wie bei der Xerografie: Entwicklung des latenten elektrostatischen Bildes mit Toner, Übertragung des Tonerbildes auf Papier, Fixieren des Toners auf dem Papier und Reinigen der Trommel, um sie für den nächsten Zyklus bereitzustellen.

Nach dem Aufzeichnen des latenten elektrostatischen Bildes auf dem fotoleitenden Element, entweder durch Standard xerografie oder durch das Katsuragawa-Verfahren, wird das latente Bild entwickelt, indem aufgeladener Entwickler oder Toner damit in Kontakt gebracht wird. Der aufgeladene Ent wickler wird an die Informationsbereiche des latenten elektrostatischen Bildes angezogen und erzeugt ein ent wickeltes oder Pulverbild auf dem fotoleitenden Element, das dem latenten elektrostatischen Bild entspricht. Das Pulver bild wird danach auf einen Bogen eines Aufzeichnungsmediums, wie beispielsweise einen Papierbogen, in einem Übertragungs bereich übertragen. Dann wird das Pulverbild durch eine Vielzahl von Verfahren, von denen das am meisten angewendete das Verschmelzen ist, permanent an diesen Bogen fixiert.

Da bei den vorstehend beschriebenen Verfahren nur eine Tonerstation Verwendung findet, wird das Bild nur in einer Farbe gedruckt, d. h. in der Tonerfarbe, die am häufigsten vorkommt, nämlich Schwarz. Es ist offensichtlich, daß zum Erreichen eines Mehrfarbdrucks eine Vielzahl von Tonern verwendet werden muß, die jeweils eine verschiedene Farbe besitzen und von denen jeder einen entsprechenden Teil des Bildes erzeugt.

Beim Stand der Technik können diverse Versuche zur Ver wirklichung eines elektrografischen Mehrfarbdrucks gefunden werden. In der US-PS 25 84 695 ist ein Verfahren zum nach einander ablaufenden Abtasten eines Originals mit unter schiedlichen Farblichtfiltern und zum nacheinander erfolgen den Ausdrucken in jeder verschiedenen Farbe auf dem Druck medium beschrieben. Jede Farbe benötigt einen unabhängigen Abtastvorgang, so daß dieses Verfahren eine Wiederholung des Einfarbenverfahrens für jede Farbe darstellt.

In der US-PS 27 52 833 ist ebenfalls ein Verfahren zum elektrografischen Mehrfarbdrucken beschrieben, das eine Wiederholung des Einfarbverfahrens für jede Farbe dar stellt. Bei diesem Verfahren erzeugt eine drei Kanonen aufweisende Kathodenstrahlröhre drei Bilder eines über drei Farbfilter abgetasteten Gegenstandes. Die auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre erzeugten Bildmuster werden über Linsen und Spiegel auf drei unterschiedliche Bereiche des Inneren einer fotoleitenden Trommel gerichtet. Ein Druckmedium ist um die Außenseite der Trommel gewickelt. Drei aufeinander folgende Bilder werden auf der Trommel bei deren Drehung erzeugt. Nach der Ausbildung eines jeden Bildes erfolgt ein Entwicklungsschritt und ein Druckzyklus in jeder drei un terschiedlichen Farben. Dieses Verfahren entspricht inso fern dem vorstehend beschriebenen Verfahren, als daß es von der aufeinanderfolgenden Wiederholung des Einfarbverfahrens abhängt.

Eine unterschiedliche Vorgehensweise ist in der US-PS 29 62 374 beschrieben. Hierbei findet ein fotoleitendes Mehr schichtmedium Verwendung, bei dem die erste Schicht auf eine erste Farbe anspricht und die verbleibenden Farben über trägt, die nächste Schicht auf eine zweite Farbe anspricht und die verbleibende Farbe überträgt und die letzte Schicht auf die letzte Farbe anspricht. Die drei fotoleitenden Schichten werden getrennt entwickelt, und die Bilder werden in den nacheinander erfolgenden Druckschritten überlagert.

Sämtliche der vorstehend beschriebenen Verfahren zum elektrofotografischen Drucken besitzen Probleme hinsichtlich der Auflösung und Farbdeckung, die dem Verfahren zur Er zeugung, Entwicklung und Überlagerung von diversen Bildern unterschiedlicher Farbkomponenten zur Ausbildung eines aus mehreren Farben zusammengesetzten Bildes eigen sind.

Die US-PS 28 79 397 betrifft einen Dualentwicklungsvorgang von latenten elektroradiografischen Bildern. Diese latenten Bilder werden erzeugt, wenn Röntgenstrahlenmuster auf eine Aufzeichnungsvorrichtung treffen, die aus Materialien be steht, deren elektrische Leitfähigkeit durch Belichtung gegenüber durchdringender Strahlung, wie beispielsweise Röntgenstrahlen und Gammastrahlen, verändert wird. In dieser Veröffentlichung sind aufeinanderfolgende Entwicklungs schritte beschrieben, wobei beim ersten dieser Schritte die Entwicklung in einer Gassuspension von Partikeln einer Farbe und einer elektrischen Polarität durchgeführt wird, wonach ein zweiter Entwicklungsschritt in einer Gassuspension von Partikeln einer Kontrastfarbe und entgegengesetzter Pola rität durchgeführt wird. Dies führt zu einem zweifarbigen Bild mit verbesserter Detailgenauigkeit in allen ent wickelten Bildbereichen.

In den JP-OS′en 54-7 337 und 59-1 02 257 sind Kopiergeräte beschrieben, bei denen das Katsuragawa-Verfahren Anwendung findet. Die JP-OS 59-1 02 257 betrifft hierbei ein Zweifar ben-Kopiergerät unter Anwendung des Katsuragawa-Verfahrens. Das zu kopierende Bild kann so betrachtet werden, daß es schwarze und blaue Bereiche, rote Bereiche und gelbe und weiße Bereiche enthält. Bei diesem Kopiergerät findet ein fotoleitendes Element Verwendung, das ein leitendes Substrat, eine fotoleitende Schicht auf der Oberseite des leitenden Substrates und eine dünne transparente Isola tionsschicht auf der Oberseite der fotoleitenden Schicht besitzt. Das fotoleitende Element ist unempfindlich gegen über Schwarz (d. h. dem Fehlen von Licht) und blauem Licht, ist jedoch empfindlich gegenüber rotem, gelbem und weißem Licht. Das in dieser Veröffentlichung beschriebene Zwei farben-Kopierverfahren funktioniert in der folgenden Weise. Anfangs bringt eine erste elektrische Aufladungsvorrichtung eine gleichmäßige elektrostatische Ladung einer vorge gebenen Polarität auf die Oberfläche des fotoleitenden Ele mentes auf. Als nächstes wird eine zweite elektrische Auf ladungsvorrichtung entgegengesetzter Polarität an das foto leitende Element angelegt, während gleichzeitig ein erstes reflektiertes Lichtbild, dem aufgrund eines Filtervorganges eine bestimmte Farbe (beispielsweise Rot) fehlt, auf das fotoleitende Element projiziert wird, um ein erstes laten tes elektrostatisches Bild zu erzeugen. Dieses erste latente elektrostatische Bild entspricht den gelben und weißen Be reichen des zu kopierenden Bildes, da das fotoleitende Ele ment gegenüber Schwarz und Blau unempfindlich ist, während Rot ausgefiltert ist. Als nächstes wird die fotoleitende Trommel mit einem reflektierten Lichtbild der Farbe (d. h. Rot), die vom ersten Lichtbild entfernt wurde, angestrahlt, um ein zweites latentes elektrostatisches Bild zu erzeugen. Dieses zweite latente elektrostatische Bild entspricht den roten Bereichen des zu kopierenden Bildes. Es sind nunmehr drei unterschiedliche Arten von Bereichen auf dem fotolei tenden Element vorhanden. Eine erste Bereichsart entspricht den blauen und schwarzen Bereichen des zu kopierenden Bildes, eine zweite Bereichsart entspricht den weißen und gelben Bereichen des zu kopierenden Bildes und erzeugt ein erstes latentes elektrostatisches Bild und eine dritte Be reichsart entspricht den roten Bereichen des zu kopierenden Bildes und erzeugt ein zweites latentes elektrostatisches Bild.

Als nächstes wird das zweite latente elektrostatische Bild, das den roten Bereichen entspricht, mit einem roten Toner entwickelt. Danach wird das fotoleitende Element einem Gesamtaufladungsvorgang unterzogen, dem eine gleichmäßige Belichtung folgt. Dann werden die Bereiche auf dem foto leitenden Element, die den schwarzen und blauen Bereichen des zu kopierenden Bildes entsprechen, entwickelt, d. h. mit schwarzem Toner, während das erste latente elektrostatische Bild, das den gelben und weißen Bereichen des zu kopierenden Bildes entspricht, unentwickelt bleibt. Schließlich werden die beiden getrennten entwickelten Bilder (Schwarz-Blau und Rot) auf ein Aufzeichnungsmedium übertragen und dort ange schmolzen. Das erste latente Bild (Gelb-Weiß), das nicht entwickelt worden ist, erscheint als Weiß auf dem Auf zeichnungsmedium.

Der in den beiden Entwicklungsschritten verwendete Toner besitzt die gleiche (d. h. negative) elektrostatische Ladung. Der zweite Entwicklungsschritt (d. h. die Entwicklung der nicht belichteten Blau-Schwarz-Bereiche) ist ein kontakt freier Schritt, um das vorher entwickelte zweite (rote) latente Bild nicht zu stören. Ein signifikanter Vorteil des in dieser Veröffentlichung beschriebenen Kopierverfahrens besteht darin, daß der gesamte Zweifarben-Kopiervorgang während einer einzigen Umdrehung des fotoleitenden Elemen tes durchgeführt werden kann.

Das Verfahren und die Vorrichtung, welche in der JP-OS 59- 1 02 257 beschrieben sind, sind speziell auf ein Zweifarben- Kopiergerät ausgerichtet. Daher beruhen das in dieser Ver öffentlichung beschriebene Verfahren sowie die Vorrichtung auf speziellen Vorrichtungen oder Techniken zum Ausfiltern von Licht spezieller Farben eines zu kopierenden Bildes sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Belichtung. Daher sind dieses Verfahren und diese Vorrichtung nicht ohne weiteres für einen xerografischen Drucker geeignet, der als Ausgangsvorrichtung an einen Computer oder eine andere digi tale Prozeßeinheit angeschlossen ist.

Im Stand der Technik ist keine Veröffentlichung vorhanden, die zeigt, wie ein xerografischer Drucker, der an einen Computer angeschlossen ist, so ausgebildet werden kann, daß er eine Vielzahl von latenten Bildern auf einem fotoleiten den Element erzeugt, die während einer einzigen Umdrehung des fotoleitenden Elementes zu mehrfarbigen Tonerbildern entwickelt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen als Aus gangsvorrichtung für einen Computer oder eine andere digitale Prozeßeinheit angeschlossenen xerografischen Drucker zu schaffen, der eine Vielzahl von latenten Bildern erzeugt, die während einer einzigen Umdrehung oder eines Durchganges eines fotoleitenden Elementes in der Form einer Trommel oder eines Bandes zu einem Mehrfarbenbild entwickelt werden.

Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung eines elektro fotografischen Druckers, der an einen Computer angeschlos sen ist und bei dem das Katsuragawa-Verfahren zur Erzeugung eines Mehrfarbenbildes während einer einzigen Umdrehung eines elektrofotoleitenden Elementes, wie beispielsweise einer Trommel oder eines Bandes, Verwendung findet.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung nach den Patentansprüchen gelöst.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Drucker findet ein dreischichtiges fotoleitendes Element vom Katsuragawa-Typ Verwendung, das ein leitendes Substrat, eine auf dem lei tenden Substrat ausgebildete fotoleitende Schicht und eine dünne transparente dielektrische Schicht, die auf der foto leitenden Schicht ausgebildet ist, umfaßt. Während einer einzigen Umdrehung des fotoleitenden Elementes werden die folgenden Schritte ausgeführt:

a) Das fotoleitende Element wird gleichmäßig auf ein Ober flächenpotential einer ersten Polarität (d. h. positiv) auf geladen.
b) Das fotoleitende Element wird gleichmäßig mit entgegen gesetzter Polarität aufgeladen, während es wahlweise durch eine erste Lichtquelle, wie beispielsweise ein LED-Feld oder einen Laser, belichtet wird, die durch einen Computer oder eine andere digitale Prozeßeinheit gesteuert wird, um ein erstes latentes elektrostatisches Bild auf dem fotoleitenden Element auszubilden. Als Ergebnis dieses Schrittes besitzen sämtliche Bereiche des fotoleitenden Elementes das gleiche (d. h. negative) Oberflächenpotential, wobei sich jedoch in den durch die Lichtquelle belichteten Bereichen die Ladung nur auf der dielektrischen Schicht befindet, während in den unbelichteten Bereichen Ladung in der fotoleitenden Schicht eingefangen wurde. Mit anderen Worten, für die belichteten Bereiche wird die wirksame Kapazität durch die dielektrische Schicht allein gebildet, während für die unbelichteten Be reiche die wirksame Kapazität durch die dielektrische und fotoleitende Schicht gebildet wird. Da die gesamte Ober flächenschicht des fotoleitenden Elementes das gleiche Oberflächenpotential besitzt, ist die im ersten latenten Bild enthaltene Information nunmehr an der Oberfläche des fotoleitenden Elementes elektrostatisch nicht unterscheid bar, sondern vielmehr innerhalb des fotoleitenden Elementes versteckt.
c) Das fotoleitende Element wird wahlweise durch eine zweite Lichtquelle, wie beispielsweise einem LED-Feld oder einem Laser, die durch die digitale Prozeßeinheit gesteuert wird, belichtet, um ein zweites latentes elektrostatisches Bild auf dem fotoleitenden Element auszubilden. An der Ober fläche des fotoleitenden Elementes tritt für die Bereiche, die durch das zweite latente elektrostatische Bild belichtet wurden, eine Potentialänderung auf, so daß die durch das zweite latente Bild belichteten Bereiche ein positives Ober flächenpotential besitzen, während der restliche Teil des fotoleitenden Elementes ein negatives Oberflächenpotential aufweist.
d) Das zweite latente elektrostatische Bild wird nunmehr unter Verwendung eines negativ geladenen Toners einer ersten Farbe entwickelt.
e) Um das erste latente elektrostatische Bild zu ent wickeln, ist es erforderlich, elektrostatisch zwischen den nicht belichteten Bereichen des fotoleitenden Elementes und den belichteten Bereichen des ersten latenten elektrosta tischen Bildes, die beide nunmehr ein negatives Oberflächen potential besitzen, zu unterscheiden. Dies wird durch gleichmäßiges Belichten des gesamten fotoleitenden Elementes erreicht. In diesem Fall nehmen die nicht vorher belichteten Bereiche ein positives Oberflächenpotential an, während die vorher belichteten Bereiche des ersten latenten elektrosta tischen Bildes auf einem negativen Oberflächenpotential ver bleiben.
f) Das erste latente elektrostatische Bild wird nunmehr mit positiv geladenem Toner einer zweiten Farbe entwickelt.
g) Beide Toner werden nunmehr auf ein positives Potential aufgeladen und dann auf ein Aufzeichnungsmedium übertragen, mit dem die Toner verschmolzen werden, was zu einem zwei farbigen Bild führt, das auf dem Aufzeichnungsmedium erzeugt wird.

Ein wesentlicher Vorteil des vorstehend beschriebenen Ver fahrens besteht darin, daß es während einer Umdrehung des fotoleitenden Elementes ausgeführt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei spiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Schichten eines fotoleitenden Elementes;

Fig. 2 die Schrittfolge bei dem erfindungsge mäßen Verfahren zur Ausbildung eines zweifarbigen Bildes;

Fig. 3 das Oberflächenpotential des fotoleiten den Elementes nach den diversen Schritten der Fig. 2; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung des erfin dungsgemäß ausgebildeten elektrofotogra fischen Zweifarben-Druckers.

Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei der vorlie genden Erfindung um ein Verfahren zum elektrofotografischen Mehrfarbendruck während eines Durchgangs eines elektro fotoleitenden Elementes 100, beispielsweise einer Trommel oder eines Bandes. Bei dem beispielsweise in diesem Ver fahren verwendeten grundlegenden fotoleitenden Element 100 handelt es sich um ein Element mit sandwichartigem Drei schichten-Aufbau, der ein leitendes Substrat 113, eine foto leitende Schicht 114 und eine dünne transparente di elektrische Schicht 115 aufweist.

Die lichtempfindliche fotoleitende Schicht 114 wird bei spielsweise hergestellt, indem man ein feines Pulver aus CdS, einem Halbleiter vom n-Typ, mit einem Kunststoffbinde mittel vermischt. Ein Selenfilm vom p-Typ, hergestellt durch Vakuumabscheidung, kann ebenfalls für die fotoleitende Schicht 114 verwendet werden. Die leitende Schicht 113, die als Elektrode dient, kann aus Aluminium bestehen. Das Isola tionsmaterial 115 sollte eine ausreichende mechanische Festigkeit besitzen und transparent sein. Das Isolations material ist beispielsweise ein Kunstharzfilm vom Polyester typ, der mit der fotoleitenden Schicht durch Überziehen oder Verkleben verbunden ist, jedoch auch durch Wärmeschrumpfen an der fotoleitenden Schicht fixiert sein kann.

Die vorliegende Erfindung macht vom Katsuragawa-Verfahren Gebrauch, um einen elektrofotografischen Mehrfarbendruck von Bildern entsprechend von einer digitalen Prozeßeinheit, bei spielsweise einem Computer, erzeugten Daten zu erhalten. Das erfindungsgemäße Verfahren ist in den Fig. 2a-2g darge stellt und umfaßt die folgenden Schritte:

Schritt (a) - Das fotoleitende Element 100 (mit den Schichten 113, 114, 115) wird gleichmäßig auf ein Oberflächenpotential einer ersten Polarität (d. h. positiv) mit Hilfe einer Koronaaufladeeinheit 420 aufgeladen;
Schritt (b) - mit einer Koronaaufladeeinheit 421 wird eine Koronaaufladung mit umgekehrter Polarität gleichmäßig mit einer ersten Bildbelichtung durch Licht 422 durchge führt, um ein erstes latentes Bild auf dem fotoleitenden Element 100 auszubil den;
Schritt (c) - es wird eine zweite Bildbelichtung mit Licht 423 durchgeführt, um ein zweites latentes Bild auf dem fotoleitenden Ele ment zu erzeugen;
Schritt (d) - das zweite latente Bild wird durch Ab scheidung eines negativ geladenen Toners 424 entwickelt;
Schritt (e) - das fotoleitende Element 100 wird durch Licht 425 gleichmäßig belichtet;
Schritt (f) - das erste latente Bild wird durch Ab scheiden eines positiv geladenen Toners entwickelt; und
Schritt (g) - beide Toner 424 und 426 werden mit Hilfe einer Koronaaufladeeinheit 428 positiv aufgeladen, was zu positiv geladenen, entwickelten Bildern führt.

Die vorstehend aufgeführten Schritte werden nachfolgend in Verbindung mit Fig. 3 im Detail erläutert. Fig. 3 zeigt das Oberflächenpotential des fotoleitenden Elementes 100 nach den diversen Verfahrensschritten. Das hier gezeigte Beispiel entspricht dem Fall, bei dem die fotoleitende Schicht 114 einen Halbleiter vom n-Typ umfaßt, beispiels weise CdS.

In dem in Fig. 2a gezeigten Schritt (a) des Verfahrens wird das fotoleitende Element 100 durch die Koronaaufladeeinheit 420 gleichmäßig auf ein positives Oberflächenpotential auf geladen. Dieses Oberflächenpotential ist in Fig. 3 gezeigt. Die durch diesen positiven Aufladungsschritt induzierte La dungsverteilung ist schematisch in Fig. 2a dargestellt. Diese Ladungsverteilung kann relativ einfach erreicht wer den, wenn die fotoempfindliche Schicht durch Vermischen von CdS-Pulver mit einem transparenten Bindemittel hergestellt wird. Bei CdS handelt es sich um einen Halbleiter vom n-Typ, so daß die Majoritätsträger Elektronen und die Minoritäts träger Löcher sind. Folglich kann die Ladungsverteilung der Fig. 2a einfacher erreicht werden als eine Ladungsvertei lung entgegengesetzter Polarität. Wenn man diese Ladungs verteilung der Fig. 2a erreicht hat, dann hat das CdS als starker Halbleiter vom n-Typ zur Folge, daß seine Loch dichte viel geringer ist als seine Elektronendichte, so daß das Einfangen und Binden von Elektronen im verbotenen Band gefördert wird. Wenn diese Elektronen einmal im verbotenen Band eingefangen sind, so ist beträchtliche Energie erfor derlich, um sie zu entfernen. In manchen Fällen kann das fotoleitende Element 100 vor der Aufladung des Schrittes (a) auch einer gleichmäßigen Belichtung unterzogen werden, so daß die Ladungsverteilung der Fig. 2a schneller und gleich mäßiger erzeugt wird.

In dem in Fig. 2b gezeigten Schritt (b) wird das fotolei tende Element von der Koronaaufladeeinheit 421 gleichzeitig mit umgekehrter Polarität aufgeladen und wahlweise durch Licht 422 belichtet, das von einer Lichtquelle, wie bei spielsweise einem LED-Feld oder einem Halbleiterlaser er zeugt wurde, welche durch eine digitale Prozeßeinheit ge steuert werden, um ein erstes latentes elektrostatisches Bild herzustellen. Wie in Fig. 2b gezeigt, besitzt somit nach der Belichtung und Aufladung mit umgekehrter Polarität das fotoleitende Element 100 zwei Bereichsarten, von denen der Bereich 200 zu dem ersten latenten elektrostatischen Bild gehört und die Bereiche 210 nicht belichtet worden sind.

Wenn das Aufladevermögen der Koronaaufladeeinheit 421 aus reicht, ist das Oberflächenpotential der Bereiche 200 und 210 gleich. Dieses durch Schritt (b) erzeugte negative Oberflächenpotential ist in Fig. 3 gezeigt. Eine aus reichende Leistung der Koronaaufladeeinheit 421 ist wichtig, um das Oberflächenpotential des fotoleitenden Elementes auf einem konstanten Wert zu stabilisieren, und zwar unabhängig davon, ob ein spezieller Bereich belichtet worden ist oder nicht. Beispiele von geeigneten Koronaaufladevorrichtungen für diesen Aufladungsvorgang entgegengesetzer Polarität sind sog. Koronaentladeeinheiten vom Gittertyp und Koronaentlade einheiten vom Wechselstrom-Gleichstrom-Typ. Beide Einheiten sind in der vorstehend genannten japanischen Veröffent lichung beschrieben.

Da sowohl die belichteten Bereiche 200 und die nicht be lichteten Bereiche 210 des fotoleitenden Elementes 100 das gleiche Oberflächenpotential besitzen, erscheint die im ersten latenten elektrostatischen Bild enthaltene Informa tion nicht auf der Oberfläche des fotoleitenden Elementes, sondern bleibt in der Ladungsverteilung innerhalb des foto leitenden Elementes versteckt. Die wirksame Kapazität der nicht belichteten Bereiche 210 wird somit durch die kombi nierte Kapazität der dielektrischen Schicht 115 und der fotoleitenden Schicht 114 vorgegeben, während die wirksame Kapazität der belichteten Bereiche 200 von der dielek trischen Schicht 115 allein vorgegeben wird, da die Licht strahlung die eingefangenen Ladungsträger innerhalb des fotoleitenden Elementes 114 entfernt.

Der in Fig. 2c dargestellte Schritt (c) des erfindungs gemäßen Verfahrens beinhaltet das wahlweise Belichten der Oberfläche des fotoleitenden Elementes durch Licht 423, das durch eine zweite Bilderzeugungsquelle, wie beispielsweise ein LED-Feld oder einen Halbleiterlaser, erzeugt wurde, die von einer digitalen Prozeßeinheit gesteuert werden, um ein zweites latentes elektrostatisches Bild auf der Oberfläche des fotoleitenden Elementes auszubilden. Die Bereiche des zweiten latenten elektrostatischen Bildes sind mit 220 in Fig. 2c bezeichnet. Dieser zweite Belichtungsschritt be wirkt eine Änderung in der Ladungsverteilung in der foto leitenden Schicht 114, so daß die Bereiche 220 des zweiten latenten elektrostatischen Bildes ein positives Oberflächen potential besitzen, während die nicht belichteten Bereiche 200 und die Bereiche 210 des ersten latenten elektrosta tischen Bildes ein negatives Oberflächenpotential aufweisen. In Fig. 3 ist das positive Oberflächenpotential der Be reiche 220 des zweiten latenten elektrostatischen Bildes mit X und das negative Oberflächenpotential der verbleibenden Bereiche 210 und 200 mit Y gekennzeichnet.

Als Ergebnis erhält man, daß das zweite latente Bild nun mehr vom ersten latenten Bild und den nicht belichteten Bereichen elektrostatisch unterscheidbar ist. Somit werden gemäß Schritt (d), wie in Fig. 2d gezeigt, die Bereiche 220 des zweiten latenten elektrostatischen Bildes durch den Toner 424 entwickelt. Der Toner 424 besitzt eine erste Farbe und eine negative elektrostatische Ladung, so daß er vom positiven Oberflächenpotential der Bereiche 220 angezogen wird. Auf diese Weise wird das zweite latente elektro statische Bild entwickelt.

Um das erste latente elektrostatische Bild zu entwickeln, ist es erforderlich, elektrostatisch zwischen den nicht belichteten Bereichen 210 und den Bereichen 200 des ersten latenten Bildes zu unterscheiden. Dies wird gemäß Schritt (e) des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht, wie in Fig. 2e gezeigt, indem das fotoleitende Element 100 mit dem Licht 425 gleichmäßig belichtet wird. Als Ergebnis wird die La dungsverteilung in der fotoleitenden Schicht 114 verändert, so daß die vorher nicht belichteten Bereiche 210 ein posi tives Oberflächenpotential annehmen, während die Bereiche 200 des ersten latenten elektrostatischen Bildes auf einem negativen Oberflächenpotential verbleiben. In Fig. 3 ist das positive Oberflächenpotential der Bereiche 210 mit Z gekennzeichnet.

Es ist nunmehr möglich, das erste latente elektrostatische Bild zu entwickeln. In Schritt (f) des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie in Fig. 2f gezeigt, werden nunmehr die Bereiche 200 unter Verwendung des Toners 426 entwickelt. Der Toner 426 besitzt eine zweite Farbe, die sich von der Farbe des Toners 424 unterscheidet, und eine positive elektro statische Ladung, so daß er vom negativen Oberflächenpoten tial der Bereiche 200 des ersten latenten elektrostatischen Bildes angezogen wird.

In der vorstehend beschriebenen Weise sind ein erstes und ein zweites getrenntes elektrostatisches latentes Bild mit einem ersten und einem zweiten Toner entwickelt worden. Es ist nunmehr erforderlich, die entwickelten Bilder auf ein Aufzeichnungsmedium, wie beispielsweise Papier, zu über tragen. Um dies durchzuführen, müssen die Toner 424 und 426 die gleiche elektrostatische Ladung besitzen. Die wird in Schritt (g) des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie in Fig. 2g gezeigt, durch gleichmäßiges Aufladen des fotoleitenden Elementes 100 und von beiden entwickelten Bildern auf ein gleichmäßiges, beispielsweise positives Potential unter Verwendung der Koronaaufladeeinheit 428 erreicht.

Eine Übertragungskoronaaufladeeinheit (die nachfolgend in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben wird), die durch das Auf zeichnungsmedium vom fotoleitenden Element 100 getrennt ist, überträgt die Toner 424 und 426 vom fotoleitenden Element auf das Aufzeichnungsmedium. Die Toner werden danach mit dem Aufzeichnungsmedium verschmolzen.

Die bei diesem Verfahren verwendeten Toner sind beispiels weise im Handel erhältliche Toner mit perfekten kugelförmi gen Partikeln. Diese kugelförmigen Tonerpartikel besitzen einen Durchmesser von etwa 3 bis 10 µm. Gewöhnliche Toner weisen unregelmäßig geformte Partikel auf, deren größte Abmessung etwa 20 µm beträgt. Die Verwendung von Tonern mit perfekten kugelförmigen Partikeln ist vorteilhaft, da diese nicht wie übliche Tonerpartikel zusammenbacken. Es kann damit auch eine bessere Auflösung als bei üblichen Toner partikeln erreicht werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 4 ge zeigt.

Eine fotoleitende Trommel 501, die aus dem dreischichtigen fotoleitenden Material der Fig. 1 hergestellt ist, wird in der nachfolgenden Reihenfolge von einer ersten Koronaauf ladeeinheit 502, einer zweiten Koronaaufladeeinheit 503, einem ersten Bilderzeuger 504, der zusammen mit der zweiten Koronaaufladeeinheit 503 angeordnet ist, einem zweiten Bild erzeuger 505, einer ersten Entwicklungseinheit 506, einer Lichtquelle 507 für eine gleichmäßige Belichtung, einer zweiten Entwicklungseinheit 508, einer dritten Koronaauf ladeeinheit 509 und einer Übertragungskoronaaufladeeinheit 511 umgeben. Die Bilderzeuger 504 und 505 arbeiten unter der Steuerung einer digitalen Prozeßeinheit, wie beispeilsweise einem Computer 505, so daß die Vorrichtung der Fig. 4 als Ausgangsdrucker für den Computer 550 dient. Das Druckmedium 510 läuft zwischen der fotoleitenden Trommel 501 und der Übertragungskoronaaufladeeinheit 511 durch. Eine verblei bende Reinigungsvorrichtung 512 bereitet die Trommel 501 für den folgenden Druckzyklus vor, indem sie verbleibenden Toner abstreift.

Die vorstehend beschriebenen aufeinanderfolgenden Schritte des erfindungsgemäßen Mehrfarbdruckverfahrens können unter Bezugnahme auf Fig. 4 nachvollzogen werden. Schritt (a) beinhaltet eine gleichmäßige positive Aufladung der fotolei tenden Trommel 501 durch die erste Koronaaufladeeinheit 502. Hiernach folgt Schritt (b), der eine Aufladung mit umge kehrter Polarität durch die zweite Koronaaufladeeinheit 503 und gleichzeitig damit die Erzeugung eines ersten latenten Bildes durch den ersten Bilderzeuger 504 beinhaltet. Schritt (c) enthält die Erzeugung des zweiten latenten Bildes mit Hilfe des zweiten Bilderzeugers 505. Als nächstes entwickelt die Entwicklungseinheit 506 in Schritt (d) das zweite la tente Bild, das vom Bilderzeuger 505 erzeugt worden ist, mit einem negativ geladenen Toner mit perfekten kugelförmigen Partikeln einer ersten Farbe. In Schritt (e) wird die Ober fläche der fotoleitenden Trommel 501 gleichmäßig durch die Lichtquelle 507 für eine gleichmäßige Belichtung belichtet. Als nächstes entwickelt in Schritt (f) die zweite Ent wicklungseinheit 508 das erste latente Bild durch Abschei dung von positiv geladenem Toner mit perfekten kugelförmi gen Partikeln einer zweiten Farbe. Zu diesem Zeitpunkt sind zwei entwickelte Tonerbilder auf der Trommel 501 vorhanden: Eines, das einen ersten negativ geladenen Farbtoner trägt, und ein anderes, das einen positiv geladenen Toner einer zweiten Farbe trägt. Der Zweck des Schrittes (g) besteht darin, die Bildübertragung vorzubereiten, indem beide Toner bilder auf eine Übertragungsspannung (d. h. eine positive Spannung) aufgeladen werden, die der Spannung der Übertra gungsaufladeeinheit 511 entgegengesetzt ist. Dieser letzte Aufladeschritt wird durch die Koronaaufladeeinheit 509 verwirktlicht. Hiernach überträgt die Übertragungskorona aufladeeinheit beide Bilder auf das Druckmedium 510, und die Reinigungseinheit 512 bereitet die Trommel 501 für den nächsten Druckzyklus vor.

Claims

1. Verfahren zum Drucken eines Zweifarbenbildes, ge kennzeichnet durch:

a) Gleichmäßiges Aufladen einer Oberfläche eines foto leitenden Elementes auf ein Oberflächenpotential einer ersten Polarität,
b) gleichmäßiges Aufladen der Oberfläche des fotolei tenden Elementes mit entgegengesetzter Polarität, während das fotoleitende Element gleichzeitig wahlweise Licht ausgesetzt wird, das durch eine erste Lichtquelle unter der Steuerung einer digitalen Prozeßeinheit erzeugt wird, um ein erstes latentes elektrostatisches Bild auf dem fotoleiten den Element zu erzeugen,
c) wahlweises Aussetzen des fotoleitenden Elementes Licht, das von einer zweiten Lichtquelle unter Steuerung der digi talen Prozeßeinheit erzeugt wird, um ein zweites latentes elektrostatisches Bild auf dem fotoleitenden Element zu er zeugen,
d) Entwickeln des zweiten latenten Bildes unter Verwendung eines ersten Toners einer ersten Farbe und einer ersten elektrostatischen Ladung,
e) gleichmäßiges Belichten des fotoleitenden Elementes und
f) Entwickeln des ersten latenten Bildes unter Verwendung eines zweiten Toners einer zweiten Farbe und einer zweiten elektrostatischen Ladung, deren Polarität der ersten elektrostatischen Ladung entgegengesetzt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß es folgende weitere Schritte aufweist:

g) Gleichmäßiges Aufladen des fotoleitenden Elementes, nachdem das erste und zweite latente Bild entwickelt worden sind, so daß die Toner des ersten und zweiten Bildes eine elektrostatische Ladung der gleichen Polarität besitzen,
h) Übertragen der entwickelten latenten Bilder auf ein Aufzeichnungsmedium und
i) Fixieren der Bilder auf dem Aufzeichnungsmedium.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das fotoleitende Element ein leitendes Substrat, eine auf dem Substrat ausgebildete foto leitende Schicht und eine auf der fotoleitenden Schicht aus gebildete Isolationsschicht umfaßt.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die digitale Prozeßeinheit ein Computer ist.

5. Verfahren zum Drucken eines Zweifarbenbildes unter der Steuerung einer digitalen Prozeßeinheit, gekenn zeichnet durch:

a) Gleichmäßiges Aufladen einer Oberfläche eines fotolei tenden Elementes auf ein Oberflächenpotential einer ersten Polarität,
b) wahlweises Aussetzen des fotoleitenden Elementes Licht, das von einer ersten Lichtquelle erzeugt wird, die durch die digitale Prozeßeinheit gesteuert wird, um ein erstes laten tes elektrostatisches Bild zu erzeugen, während die Ober fläche des fotoleitenden Elementes gleichmäßig mit einer entgegengesetzten Polarität aufgeladen wird, so daß die be lichteten und nicht belichteten Bereiche des fotoleitenden Elementes ein Oberflächenpotential einer zweiten Polarität besitzen, die zu der ersten Polarität entgegengesetzt ist,
c) wahlweises Aussetzen des fotoleitenden Elementes Licht, das von einer zweiten Lichtquelle erzeugt wird, die durch die digitale Prozeßeinheit gesteuert wird, um ein zweites latentes elektrostatisches Bild zu erzeugen, wobei die Be reiche des fotoleitenden Elementes, die das zweite latente elektrostatische Bild formen, ein Oberflächenpotential der ersten Polarität besitzen, während die nicht belichteten Bereiche des fotoleitenden Elementes und die Bereiche des fotoleitenden Elementes, die das erste latente elektro statische Bild formen, ein Oberflächenpotential der zweiten Polarität besitzen,
d) Entwickeln des zweiten latenten Bildes unter Verwen dung eines ersten Toners einer ersten Farbe,
e) elektrostatisches Unterscheiden zwischen den nicht belichteten Bereichen des fotoleitenden Elementes und den Bereichen des fotoleitenden Elementes, die das erste la tente Bild formen, indem man die nicht belichteten Bereiche und die Bereiche des ersten latenten Bildes Oberflächen potentiale entgegengesetzter Polarität annehmen läßt, und
f) Entwickeln des ersten latenten elektrostatischen Bildes unter Verwendung eines zweiten Toners einer zweiten Farbe.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß es des weiteren den Schritt der Über tragung der entwickelten Bilder auf ein Aufzeichnungsma terial umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge kennzeichnet, daß das fotoleitende Element eine leitende Schicht, eine auf der leitenden Schicht ausgebil dete lichtempfindliche Schicht und eine auf der licht empfindlichen Schicht ausgebildete Isolationsschicht umfaßt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß der Schritt des elektrostatischen Unterscheidens das gleichmäßige Belichten des fotoleitenden Elementes umfaßt, und zwar derart, daß die nicht belichteten Bereiche des fotoleitenden Elementes ein Oberflächenpotential der ersten Polarität annehmen und daß die Bereiche des fotoleitenden Elementes, die das erste la tente Bild formen, auf einem Oberflächenpotential der zweiten Polarität verbleiben.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß der erste Toner eine elektrostatische Ladung der zweiten Polarität und der zweite Toner eine elektrostatische Ladung der ersten Polarität besitzt.

10. Vorrichtung zum Drucken eines Zweifarbenbildes, ge kennzeichnet durch:.

a) Ein fotoleitendes Element (100, 501),
b) eine erste Aufladeeinheit (502) zum gleichmäßigen Auf laden einer Oberfläche des fotoleitenden Elementes auf ein Oberflächenpotential einer ersten Polarität,
c) eine zweite Aufladeeinheit (503) zum Aufladen der Oberfläche des fotoleitenden Elementes mit entgegenge setzter Polarität,
d) eine digitale Prozeßeinheit (550),
e) eine erste Lichterzeugungseinrichtung (504), die durch die digitale Prozeßeinheit (550) gesteuert wird, zum wahl weisen Belichten der Oberfläche des fotoleitenden Elementes (100, 501) zur Ausbildung eines ersten latenten elektro statischen Bildes auf dem fotoleitenden Element, während die zweite Aufladeeinheit (503) das fotoleitende Element mit entgegengesetzter Polarität auflädt,
f) eine zweite Lichterzeugungseinrichtung (505), die durch die digitale Prozeßeinheit (550) gesteuert wird, zum wahl weisen Belichten der Oberfläche des fotoleitenden Elementes (100, 501) zur Ausbildung eines zweiten latenten elektro statischen Bildes,
g) eine erste Entwicklungseinrichtung (506) zum Entwickeln des zweiten latenten elektrostatischen Bildes mit Toner einer ersten Farbe und einer ersten elektrostatischen Ladung,
h) eine dritte Lichterzeugungseinrichtung (507) zum gleichmäßigen Belichten der Oberfläche des fotoleitenden Elementes (100, 501),
i) eine zweite Entwicklungseinrichtung (508) zum Ent wickeln des ersten latenten elektrostatischen Bildes mit Toner einer zweiten Farbe und einer zweiten elektrosta tischen Ladung, deren Polarität der ersten elektro statischen Ladung entgegengesetzt ist,
j) eine dritte Aufladeeinheit (509) zum gleichmäßigen Aufladen des fotoleitenden Elementes (100, 501), die den ersten und zweiten Toner enthält, die zur Entwicklung des zweiten und ersten latenten Bildes verwendet wurden, und
k) eine Einrichtung (511) zum Übertragen des entwickelten ersten und zweiten latenten Bildes auf ein Aufzeichnungs medium (510).

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß das fotoleitende Element (100) ein leitendes Substrat (113), eine auf dem leitenden Substrat ausgebildete lichtempfindliche Schicht (114) und eine auf der lichtempfindlichen Schicht ausgebildete Isola tionsschicht (115) umfaßt.

12. Elektrofotografische Mehrfarbendruckvorrichtung, ge kennzeichnet durch ein drehbares, drei Schichten aufweisendes fotoleitendes Druckelement (100) mit einer leitenden inneren Schicht (113), einer fotoleitenden mittleren Schicht (114) und einer transparenten dielek trischen äußeren Schicht (115), wobei dieses fotoleitende Druckelement von folgenden Einrichtungen in der nachfolgen den Reihenfolge umgeben ist:

a) einer ersten Koronaaufladeeinheit (502) zum gleichmäßi gen Aufladen des fotoleitenden Elementes auf ein Ober flächenpotential einer ersten Polarität,
b) einer zweiten Koronaaufladeeinheit (503), die zusammen mit einer ersten Bilderzeugungseinrichtung (504) angeordnet ist, um gleichzeitig ein erstes latentes elektrostatisches Bild auf dem fotoleitenden Element zu erzeugen und das foto leitende Element mit entgegengesetzter Polarität aufzuladen,
c) einer zweiten Bilderzeugungseinrichtung (505) zum Er zeugen eines zweiten latenten elektrostatischen Bildes auf dem fotoleitenden Element,
d) einer ersten Entwicklungseinheit (506) zum Entwickeln des zweiten latenten elektrostatischen Bildes mit Toner einer ersten Farbe und einer ersten elektrostatischen Ladung,
e) einer Lampe (507) zum gleichmäßigen Belichten des foto leitenden Elementes,
f) einer zweiten Entwicklungseinheit (508) zum Entwickeln des ersten latenten elektrostatischen Bildes mit Toner einer zweiten Farbe und einer zweiten elektrostatischen Ladung, die der ersten elektrostatischen Ladung entgegengesetzt ist,
g) einer dritten Koronaaufladeeinheit (509) zum Aufladen beider entwickelten latenten Bilder und
h) einer Übertragungskoronaaufladeeinheit (511), die vom fotoleitenden Element über eine Zuführbahn eines Druck mediums getrennt ist, um die entwickelten latenten Bilder auf ein Druckmedium (510) zu übertragen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge kennzeichnet, daß die erste und zweite Bild erzeugungseinrichtung (505, 506) ein LED-Feld umfassen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge kennzeichnet, daß die erste und zweite Bilder zeugungseinrichtung (505, 506) einen Laser umfassen.