DE2920464A1 - Elektrofotographisches kopierverfahren und kopiergeraet zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

DR.-ING. DIPL.-ΙΝΘ M. "^C. [JIPL.-F-f-Λ S. D.i. DIPL-PHYS. DlI⁰L-PHYS. DR

HÖGER - STELLRECHT - GRIcSSBACH - HAECKER BOEHMR

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

A 43 386 b Anmelder: Savin Corporation

k - 177 Columbus and Stevens Avenues

3. Mai 1979 Valhalla, New York, 10595

USA

Beschreibung

Elektrofotographisches Kopierverfahren und Kopiergerät zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein elektrofotographisches Verfahren, bei dem auf einer fotoleitenden Oberfläche ein latentes elektrostatisches Ladungsbild eines Originals mit hellen und dunklen Bildbereichen erzeugt wird und bei dem das latente Ladungsbild entwickelt wird, um ein sichtbares Abbild des Originals zu erhalten, sowie ein Kopiergerät zur Durchführung des Verfahrens.

Eines der Hauptprobleme bei elektrofotographischen Kopiergeräten ergibt sich aus dem Wunsch, die Kopien mit möglichst hoher Geschwindigkeit herzustellen. Nach der elektrostatischen Aufladung eines Fotoleiters ist aber die Energie, die erforderlich ist, um ein latentes Abbild der hellen und dunklen Bereiche des Originals mit einem für die Herstellung einer brauchbaren Kopie ausreichenden Kontrast herzustellen, eine Funktion der Lichtmenge, die auf den Fotoleiter auftrifft, sowie eine Funktion der Lichtempfindlichkeit des Fotoleiters. Im Idealfall sollte der Fotoleiter so belichtet werden, dass die hellsten Bildbereiche vollständig entladen werden, während die dunkelsten Bildbereiche des Fotoleiters ihre volle Ladung behalten. In der Praxis läßt sich dies nie erreichen, da bei bekannten Fotoleitern Einschränkungen hinsichtlich der Ansprechempfindlichkeit für Licht vorliegen. Beim gegenwärtigen Stand der Technik bei Fotokopiergeräten liegt der Energiebedarf für das Betreiben des Kopiergeräts, wenn mehr als etwa 30 Kopien pro Minute herge-

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stellt werden sollen, bei etwa 1500 W. Da die übliche Netzspannung in vielen Fällen nur 110 V beträgt, ist aber die Leistungsabgabe an einer Steckdose oder dergleichen auf etwa 1500 W begrenzt. Dementsprechend muß für die Herstellung befriedigender Kopien mit höherer Geschwindigkeit ein spezieller elektrischer Anschluß geschaffen werden. Dies bedeutet, dass das Kopiergerät dort aufgestellt werden muß, wo ein Anschluß für eine höhere Ausgangsleistung bzw. eine höhere Netzspannung zur Verfügung steht. Ausserdem bringt der hohe Energiebedarf Probleme hinsichtlich der Wärmeabführung mit sich,und zwar sowohl bezüglich des Fotoleiters als auch bezüglich der Umgebung des Geräts, wobei noch die Kosten für den hohen Energieverbrauch hinzukommen. Wegen dieser Probleme wurden bereits viele Versuche unternommen, die Lichtempfindlichkeit von Fotoleitern zu erhöhen.

Frühere Entwicklungen auf dem hier interessierenden Gebiet sind beispielsweise in den US-PSen 2 756 676, 3 892 481, 3 907 423, 3 912 387 und 3 994 723 beschrieben. Insbesondere ist in der US-PS 2 756 676 der Vorschlag gemacht worden, bei nur einem einzigen Belichtungsvorgang unter Verwendung eines Originals mehrere Kopien von einem dabei hergestellten Abbild zu erzeugen. Bei dem bekannten Verfahren wird der Fotoleiter nach jeder Übertragung eines entwickelten Bildes erneut aufgeladen, woraufhin das wieder aufgeladene Ladungsbild verstärkt wird, indem es beleuchtet wird.

Weiterhin ist in der US-PS 3 892 481 ein automatisches Regelsystem für die Vorspannungserzeugung für eine Entwicklerelektrode beschrieben.

Die US-PS 3 907 423 beschreibt ein Kopiergerät mit einer gegenläufigen Walze, welche dazu dient, überschüssige Flüssigkeit nach dem Entwickeln des latenten elektrostatischen Bildes von dem Fotoleiter zu entfernen.

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Schließlich beschreiben die US-PSen 3 912 387 und 3 994 723 Möglichkeiten zum Ermitteln von unterbelichteten Hintergrundbereichen und zum Entladen derselben durch Beleuchtung vor dem Entwickeln eines latenten elektrostatischen Ladungsbildes.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes elektrofotographisches Kopierverfahren anzugeben, welches bei vergleichweise geringem Energiebedarf eine Beschleunigung der Kopiergeschwindigkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einem Kopierverfahren der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass man das latente Ladungsbild mit einem Toner behandelt, um eine optische Abschirmung über den den dunklen Bildbereichen des Originals entsprechenden Bildbereichen des Ladungsbildes zu erhalten, dass man die fotoleitende Oberfläche dann beleuchtet, um die Bildbereiche des Ladungsbildes zu entladen, die den hellen Bildbereichen des Originals entsprechen,und dass man dann das Ladungsbild entwickelt.

Zur Durchführung dieses Verfahrens hat sich ein Kopiergerät mit einer fotoleitenden Oberfläche, mit einer Ladestation und mit Ladeeinrichtungen zum Erzeugen einer elektrostatischen Ladung auf der fotoleitenden Oberfläche, iftit einer Belichtungsstation mit Beleuchtungseinrichtungen zum Belichten der fotoleitenden Oberfläche mit einem Licht-Abbild eines Originals mit hellen und dunklen Bildbereichen und zur Erzeugung eines entsprechenden latenten elektrostatischen Ladungsbildes auf der fotoleitenden Oberfläche, mit einer Entwicklerstation mit Entwicklereinrichtungen zum Entwickeln des Ladungsbildes zu einem optisch sichtbaren Abbild und mit Einrichtungen zum Herbeiführen einer Relativbewegung zwischen den genannten Stationen einerseits und der fotoleitenden Oberfläche andererseits, besonders bewährt, welches dadurch gekennzeichnet"ist, dass eine Maskierstation mit

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Maskiereinrichtungen zur Erzeugung einer optischen Abschirmung bzw. Maskierung der den dunklen Bildbereichen des Originals entsprechenden Bereiche des latenten elektrostatischen Ladungsbildes vorgesehen ist, dass eine Beleuchtungsstation mit Beleuchtungseinrichtungen zum Entladen der unmaskierten Bereiche des latenten elektrostatischen Ladungsbildes durch Lichteinwirkung vorgesehen ist und dass die Maskierstation und die Beleuchtungsstation zwischen der Belichtungsstation und der Entwicklerstation angeordnet sind.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist also ein verbessertes Elektrofotographieverfahren, welches es ermöglicht, die "effektive Geschwindigkeit" eines Fotoleiters zu erhöhen. Das charakteristische Merkmal der Xerographie besteht dabei in der Schaffung eines elektrostatischen Bildes an einem Punkt des Verfahrens. Am günstigsten ist es hierfür, wenn ein Fotoleiter im Dunklen geladen und dann einem Hell-Dunkel-Abbild des Originals ausgesetzt wird, wobei ein latentes elektrostatisches Bild des Originals erzeugt wird. Zur Erzielung einer befriedigenden Kopie muß die Belichtungszeit dabei so gewählt werden, dass ein ausreichender Kontrast erreicht wird, um das latente Bild durch Aufbringen eines Entwicklers sichtbar zu machen, welcher aus von Anfang an gefärbten oder aus pigmentierten winzigen geladenen Partikeln besteht. Die Geschwindigkeit, mit der die Kopien hergestellt werden können, ist dabei eine Funktion des auf die fotoleitende Oberfläche auftreffenden Lichts und der Leitfähigkeit des Fotoleiters bei einer Belichtung. Da die Geschwindigkeit,mit der bei einem bestimmten Fotoleiter ein zuvor erzeugtes Oberflächenpotential unter Lichteinwirkung entladen wird, begrenzt ist, kann die Geschwindigkeit nur durch Erhöhung der Lichtstärke erhöht werden. Dies macht aber einen erhöhten Energiebedarf erforderlich und führt zu einer verstärkten Wärmeentwicklung. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun ein aufgeladener Fotoleiter absichtlich mit einem Licht-Abbild eines Originals unterbelichtet, um ein schwaches latentes elek-

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trostatisches Bild mit einem Kontrast zu erhalten, welcher zu niedrig ist, um eine befriedigende Kopie herzustellen. Das latente elektrostatische Bild ist dabei jedoch ausreichend kontrastreich, um unter Verwendung eines Toners die Schaffung einer optischen Maske oder Abschirmung der Bildbereiche zu ermöglichen. Erfindungsgemäß wird das maskierte elektrostatische Ladungsbild dann vollflächig beleuchtet, um die Hintergrundbereiche auf dem Fotoleiter zu entladen, wozu nur eine vergleichsweise geringe Energie erforderlich ist. Während dieses Schrittes verhindert die optische Maskierung, dass die Bildbereiche entladen werden, so dass der Kontrast des zunächst sehr schwachen latenten Ladungsbildes verstärkt wird. Das verstärkte Ladungsbild kann nunmehr nach jedem bekannten Verfahren entwickelt werden, um an einer Entwicklerstation ein sichtbares Bild zu erhalten.

Was die Kopiergeräte zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anbelangt, so kann von jedem bekannten elektrofotographischen Kopiergerät ausgegangen werden, wobei erfindungsgemäß Einrichtungen vorgesehen werden, um für die Bildbereiche des schwachen latenten Ladungsbildes eine optische Abschirmung zu erzeugen und um anschließend die Hintergrundbereiche zu entladen, ehe das nunmehr verstärkte Ladungsbild zur Entwicklerstation des Kopiergeräts gelangt. Die optische Maskierung wird dabei an einer Vorentwicklerstation durchgeführt, wo mit üblichen oder speziellen Tonern gearbeitet wird, die entweder in einer Trägerflüssigkeit oder als trockenes Pulver vorhanden sein können. Ein wesentliches Merkmal des Kopiergeräts sind aber die Einrichtungen zum Aufbringen des Entwickler- bzw. Tonermaterials auf das schwache latente Ladungsbild. Diese Einrichtungen müssen auf ein Potential vorgespannt werden, welches höher als das Potential der Hintergrundbereiche und niedriger als das Potential der Bildbereiche ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Hintergrundbereiche nicht maskiert werden, während die Bildbereiche maskiert bzw.

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mit einer optischen Abschirmung versehen werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich also der Vorteil, dass die "effektive Geschwindigkeit" des Fotoleiters erhöht wird.

Ausserdem ergibt sich der Vorteil, dass Originale mit geringem Kontrast gut kopiert v/erden können.

Es wird auch der Vorteil erreicht, dass Originale mit Bildbereichen, die eine Farbe haben, für die der Fotoleiter sehr empfindlich ist, gut kopiert werden können.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Schutzansprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Flussdiagramm zur Erläuterung der einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die ausgezogenen Verbindungslinien für notwendige Schritte und die gestrichelten Verbindungslinien für unter Umständen vorteilhafte Schritte des Verfahrens gelten;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Kopiergeräts zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 3 eine idealisierte Kurve mit logarithmischem Maßstab auf der Ordinate und linearem Maßstab auf der Abszisse, wobei das Potential an der Oberfläche des Fotoleiters über der Lichtmenge aufgetragen ist, welcher der Fotoleiter ausgesetzt wurde;

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Fig. 4 eine schematische Darstellung mit logarithmischem Maßstab für die Ordinate, wobei die Spannung bzw. das Potential an der Oberfläche des Fotoleiters,ausgehend
von einer Anfangsladung gemäß Fig. 3, nach der Belichtung mit dem Original dargestellt ist;

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende schematische Darstellung für das verstärkte elektrostatische Ladungsbild nach
dem Maskieren und dem vollflächigen Beleuchten der
fotoleitenden Oberfläche.

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Wie aus den Flußuiagramrn gemäß E"ir/. 1 deutlich *.^Tiru, besteht eier erste Schritt des orfindungsgenäßen Verfahrens gemi-'-ß Block zunächst einmal darin, dass auf einer fotolcitenden Oberfläche in Dunkeln eine elektrostatische Ladung erzeugt v.'ird. Kach der Ladungserzeugung in Dunkeln wird die fotoleitende Oberfläche dann einem Licht-Äbbild bzw. einem Hell-Dunkel-Bild des zu kopierenden Originals ausgesetzt, wobei sich auf der fotoleitenden Oberfleiche ein elektrostatisches Ladungsbild ergibt. Gemäß Block 2 des riußdiagramms wird also eine Belichtung zur Erzeugung eines elektrostatischen Ladungsbildes durchgeführt. Bei dieser Original-Belichtung v.'ird nur ein Bruchteil, beispielsweise 5 oder 10 % der Lichtnenge v/irksam, die normalerweise erforderlich ist, um ein befriedigendes Bild zu erzeugen, d. h. ein Bild, in dem ein ausreichender Kontrast vorhanden ist, so dass die dunklen Bildbereiche, wie z. B. Buchstaben oder dergleichen dunkel sind, während der Hintergrund weiß ist. Das bei dem Verfahrensschritt gemäß Block 2 erzeugte latente elektrostatische Ladungsbild besitzt jedoch einen ausreichenden Kontrast, um mit einem Toner versehen zu werden - d. h. entwickelt zu werden, und zwar mit einem geeigneten Toner, wie z. B. einem harzartigen Pulver oder, was noch günstiger ist, mit einem Toner, der in einer isolierenden Flüssigkeit dispergiert ist, wie dies an sich bekannt ist. Das Entwickeln des schwachen elektrostatischen Ladungsbildes erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gem. Block 3, wobei über den Teilen des Ladungsbildes die Bildbereichendes zu kopierenden Originals entsprechen, eine Zlaske erzeugt wird, welche für Licht im wesentlichen undurchlässig ist. Bei dem Maskieren des Ladungsbildes mit einem Toner gemäß Block 3 ist es wesentlich, dass eine llaske bzw. eine^optische Abschirmung über den Bild- bzw. Informationsbereichen erzeugt wird und nicht über den Hintergrundbereichen. Dies erreicht man, indem man eine Entwicklerelektrode bzw. die Einrichtungen für das Aufbringen des Toners während des Maskierens auf ein Potential vorspannt, welches über dem Potential der Hintergrundbereiche und unter dem Potential der Bildbereiche dec latenten elektrostatischen Ladungsbilder, liegt.

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Beim nächsten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird gem. Block 4 die fotoleitende Oberfläche in dem Bereich voll belichtet, der der Größe der zu erzeugenden Kopie entspricht. Dabei fällt die elektrostatische Ladung in den maskierten Dildbereichen der fotoleitenden Oberfläche, wenn überhaupt, nur sehr wenig ab, während die elektrostatische Ladung in den Iiintergrundbereichen auf einen sehr niedrigen Pegel abgesenkt wird, beispielsweise auf etv;a 50 V. Das Belichten des maskierten Ladungsbildes zur Entladung der unmaskierten Hintergrundbereiche gemäß Block 4 erhöht in dem latenten elektrostatischen Ladungsbild die Ladungsdifferenz zwischen Eildbereichon und HintergrundLereichen um einen sehr großen Prozentsatz, wobei nur etwa ein Zehntel der Energie erforderlich ist, welche normalerweise benötigt würde, um ein elektrostatisches Ladungsbild mit dein geforderten starken Kontrast zu erhalten, vie es erfindungsgemäß erreicht wird. Das in seinem Kontrast verstärkte elektrostatische Ladungsbild kann nun zunächst gemäß Block 5 gereinigt werden, indem die liaske von dem kontrastreichen Ladungsbild entfernt wird. /umschließend wird das gereinigte Ladungsbild gemäß Block 5 oder - unter Verzicht auf den Verfahrensschritt gemäß Block 5 - unmittelbar in das gemäß Block 4 erhaltene Ladungsbild unter Anwendung eines üblichen, an sich bekannten, Verfahrens entwickelt bzw. fertigentwickelt und kann nun ohne weiteres auf ein Trägerblatt, beispielsweise auf gewöhnliches Kopierpapier übertragen v/erden (Block 7) .

Zur Durchführung des anhand der Fig. 1 erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich ein Kopiergerät gem. Fig. 2, welches eine lietalltrommel 1C mit einer fotoleitenden Oberfläche 12, beispielsweise aus Selen, aufweist. Die Trommel 10 wird von mit öffnungen versehenen Scheiben 14 getragen, die mit einer Welle drehfest verkeilt sind. Die Welle 16, welche geerdet bzw. mit Bezugspotential verbunden sein kann, v.'ird mitteln geeigneter Antriebseinrichtungen derart angetrieben, dass sich die Trommel in Richtung des eingezeichneten Pfeils dreht. Die fotoleitende

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Oberfläche 12 kann mit Hilfe einer Koronaentladung.^ vor richtung 18 auf eine Spannung zwischen 8CO und 1000 V aufgeladen werden. Zu diesem Zweck wird an die Koronaentladungsvorrichtung eine positive Spannung zwischen 5000 und COOO V angelegt. Die Elemente der Koronaentladungsvorrichtung 18 verursachen eine Ionisation der umgebenden Atmosphäre und sorgen dafür, dass sich auf der fotoleitenden Oberfläche 12, beispielsweise der Selenschicht, eine gleichmäßige positive Ladung ergibt. Kenn das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Kopien auf Zinkoxidpapier angewandt würde, dann würde die Koronaentladungsvorrichtung 18, wie dies für den Fachmann ohne weiteres einzusehen ist, so angesteuert, dass sie eine negative Ladung erzeugen würde. Die fotoleitende Oberfläche 12 lauf£^aSer Erzeugung der elektrostatischen Ladung an einer Belichtungsstation 20 vorbei. Dort wird mit Hilfe einer Projektionsoptik, welche durch eine Linse 22 angedeutet ist, ein Licht-Z^bbild des zu kopierenden Originals auf die fotoleitende Oberfläche 12 projiziert. Die Belichtungszeit ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren extrem kurz. Tatsächlich wurden bei Belichtungszeichen bis herunter zu 5 % der normalen Belichtungszeit voll befriedigende Kopien der Originale erhalten.

Die Ladung eines Selen-Fotoleiters nimmt bei Einstrahlung einer Lichtmenge von etwa 3 ft-cd see auf etwa

ein Fünftel der ursprünglichen Ladung ab. Dies wird ohne weiteres aus dem Diagramm gemäß Fig. 3 deutlich, v/o das Potential an der Oberfläche eiaes Selen-Lichtleiters bei Einstrahlung einer Lichtmenge von etwa 2 bis 3 ft-cd see von

6OG V auf 160 V absinkt. Normalerweise liefert die Lichtquelle eines Fotokopiergeräts eine ausreichende Lichtmenge, so dass die Kintergrundbereiche auf dem Fotoleiter auf ein Potential von etva 50 bis 60 V entladen werden. Hierfür ist eine Lichtmenge. von etwa 5 ft-cd see erforderlich. 5 % dieser Lichtmenge sind etwa c,25 ft-cd see, 7ms den Diagrammen gemäß Fig. 3 und 4 wird deutlich, dass nach diener kurzen bzw. schwachen Belichtung das Potential

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der liintergrundbereiche D gegenüber den Potential der Lildbereiche I etwa um 100 V abgefallen ist. Wenn bei diesem Ladungszustand des Fotoleiters die abschließende Entwicklung mit einem Toner erfolgen würde, dann würde man ein Tonerbild mit sehr geringem Kontrast erhalten. Wenn dieses Tonerbild von der Trommel auf Kopierpapier übertragen würde, dann wäre die Dichte des Tonerbildes so gering, dass, wenn überhaupt, nur eine geringe Menge Toner auf das Kopiermaterial übertragen würde, so dass sich nur eine sehr schwache Kopie ergeben würde. /Andererseits ist das kontrastarme Tonerbild nach dem Entwickeln des latenten elektrostatischen Ladungsbildes optisch ausreichend dicht, so dass sich für das latente elektrostatische Ladungsbild eine Maske oder Abschirmung ergibt, welche für die praktische

Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausreichend dicht ist.

Im einzelnen erfolgt das Entwickeln des latenten elektrostatischen Ladungsbildes, bei dem nur geringe Potentialunterschiede vorhanden sind, gemäß Fig. 2 hinter der Belichtungsstation 22 an einer ersten Entwicklerstation 29. An dieser Entwicklerstation ist ein Tank 24 vorgesehen, aus dem eine Entwicklerflüssigkeit 26, in der Tonerpartikel dispergiert sind, welche geladen sein können, über eine Leitung 28 angesaugt und mittels einer Pumpe über eine Leitung 3 2 zu einer Düse 34 gepumpt wird, die den Entwickler vor einer gegenläufigen Walze 36 auf die fotoleitende Oberfläche 12 aufsprüht. Wenn die Tonerpartikel leitfähig sind, können sie eine induzierte Ladung annehmen, wenn sie sich in der Nähe des latenten Bildes unter der Wirkung des elektrischen Feldes desselben bewegen. In diesem Fall dient das elektrostatische Ladungsbild zunächst dazu, die Partikel aufzuladen, welche dann von dem Ladungsbild eingefangen v/erden. Wenn die Tonerpartikel in einer Flüssigkeit dispergiert sind, dann wird als Flüssigkeit eine isolierende Flüssigkeit, beispielsweise ein flüssiger Kohlenwasserstoff, ein flüssiger fluorhaltiger Kohlenwasserstoff oder dergleichen,verwendet, die bei Raumtemperatur einenniedri-

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gen Dampfdruck aufweist und in der die winzigen Tonerpartikel dispergiert sind, mit deren Hilfe das elektrostatische Ladungsbild sichtbar gemacht v/erden kann. Bekanntlich kann die Polarität der geladenen Partikel durch den Zusatz bestimmter Stoffe zur Entwicklerflüssigkeit gesteuert v/erden. Diese wirken durch Adsorption auf der Oberfläche der Partikel und ändern die Grösse und Polarität der von den Partikeln angenommenen Ladung in /Abhängigkeit von der Umgebung der Partikel bei deren Herstellung sowie in Abhängigkeit von der Art ihrer Herstellung. Die Tonerpartikel müssen von einer Entwicklerelektrode aufgebracht werden, welche auf ein Potential der gleichen Polarität vorgespannt ist, wie das latente elektrostatische Bild, wobei das Potential der Entwicklerelektrode höher sein muß als das Potential der Ilintergrundbereiche und niedriger als das Potential der Bildbereiche. Vorzugsweise wird erfindungsgemäß bei Verwendung eines flüssigen Entwicklers eine gegenläufige Walze als Entwicklerelektrode verwendet. Diese Walze 3 6 besteht aus Metall und siti auf einer Welle 38, welche, wie dies durch einen Pfeil angedeutet ist, mit dem entgegengesetzten Drehsinn antreibbar 'ist wie die Trommel 10. Die gegenläufige Walze 36 ist gegenüber Erde isoliert und dicht bei der Oberfläche des Fotoleiters angeordnet, so dass sich ein Spalt mit einer Spaltbreite zwischen 0,05 und 0,1 mm ergibt. Die gegenläufige Walze 36 wird durch einen Motor angetrieben, wobei ihre Drehzahl so geregelt wird, dass sie überschüssige Entwicklerflüssigkeit von der fotoleitenden Oberfläche abstreift. Die elektrische Vorspannung der Entwicklerelektrode ist für das erfindungsgemäße Verfahren kritisch, da bei diesem in den Hintergrundbereichen keine Maske gebildet werden darf, wie dies nachstehend noch näher erläutert wird. Die gegenläufige, metallische Walze 36 ist der Oberfläche des aufgeladenen Fotoleiters 12 so eng benachbart, dass sie schwimmend Jas durchschnittliche Potential des Fotoleiters annimmt und so automatisch die richtige elektrische Vorspannung erhält. Da das mittlere Potential der gegenläufigen Walze 36 höher ist als das Potential der Ilintergrundbereiche des Fotoleiters wan-

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dern die Tonerpartikel der Walze 36 anstatt zu den Ilintergrund-

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bereichen auf clem Fotoleiter. V?enn es erwünscht ist, kann die Walze 36,die gleichzeitig als Auftrags- und Dosierwalze dient, mittels einer geeigneten Gleichspannungsquelle auf ein vorgegebenes Potential vorgespannt werden, welches zwischen den Potentialen der Hintergrundbereiche und der Bildbereiche des latenten elektrostatischen Bildes liegt. Die elektrische Vorspannung der als Entwicklerelektrode dienenden gegenläufigen Walze verhindert im wesentlichen das Abscheiden maskierender Tonerpartikel auf den Hintergrundbereichen des Fotoleiters. Bei den üblichen Entwicklerflüssigkeiten hat die Trägerflüssigkeit für die Tonerpartikel jedoch einen niedrigen Siedepunkt, so dass sie leicht verdampft, damit gewährleistet ist, dass das entwickelte Bild, wenn "es auf ein Kopiermaterial, wie z. B. Papier, übertragen wird, eine möglichst trockene Kopie ergibt. Beim Maskieren kann erfindungsgemäß jedoch als Trägerflüssigkeit ein Kohlenwasserstoff mit einem höheren Siedepunkt verwendet werden, der nicht sofort verdampft. Hierdurch wird die Gefahr einer Umweltverschmutzung aufgrund des Maskierschrittes vermieden. Wenn es erwünscht ist, kann anstelle eines Toners mit flüssigem Träger für das Maskieren auch ein/Toner verwendet werden. Derartige trockene Toner sind bekannt. Ferner ist aus der US-PS 3 907 423 eine Konstruktion für eine gegenläufige Walze bekannt, wie sie erfindungsgemäß verwendet werden kann. Der überschüssige Toner wird beim Maskieren wieder in dem Tank 24 gesammelt und kann erneut verwendet werden. Ein Wischerblatt hält die metallische gegenläufige Walze 36 sauber.

Nachdem in geeigneter Weise, beispielsweise wie vorstehend beschrieben, eine optische Maske oder Abschirmung erzeugt ist, wird die fotoleitende Oberfläche 12 auf der vollen Fläche belichtet. Dies kann mit Hilfe einer länglichen Glühlampe 42 geschehen, welche angrenzend an die Trommel bzw. den das maskierte Bild tragende Fotoleiter angeordnet ist und quer zur Laufrichtung desselben verläuft. Bei einem Bürokopiergerät

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/derzeit
wird üblicherweise eine Quarz-Halogen-Lampe mit einer Leistung von etwa 500 W verwendet . Dagegen kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren an der Belichtungsstation eirewesentlich schwächere Lampe zum Projizieren des Bildes des Originals verwendet werden. Ausserdem ist für das Belichten der Hintergrundbereiche zum Entladen derselben auf eine Restspannung von etwa 50 V nur eine relativ geringe Energie erforderlich. Wie der Fachmann weiß, wird der Fotoleiter beim Belichten einem reflektierten Lichtabbild des Originals ausgesetzt. Das Lichtabbild des Originals wird dabei mit Hilfe des optischen Systems (Linse 22) auf den geladenen Fotoleiter gebündelt. Da die von der Projektionsoptik eingefangene Lichtmenge nur ein kleiner Bruchteil der Lichtmenge ist, welche zur Beleuchtung des Originals verwendet wird, ist eine sehr helle Beleuchtung des Originals erforderlich. Beim Entladen der Hintergrundbereiche nach dem optischen Maskieren des elektrostatischen Ladungsbildes wird der Fotoleiter der Lichtquelle unmittelbar ausgesetzt, so dass eine geringe Lichtmenge ausreicht, um die Hintergrundbereiche zu entladen. Die Bildbereiche I werden dagegen aufgrund der Maskierung bzw. Abschirmung, die erfindungsgemäß erzeugt wird, nicht entladen. Die Wirkung der Entladung der Hintergrundbereiche B bei Aufrechterhaltung der Ladung in den Bildbereichen I wird aus Fig. 5 der Zeichnung deutlich.

Man erkennt, dass erfindungsgemäß ein Kontrast bzw. ein Pegelunterschied von im wesentlichen 750 V zwischen den Hintergrundbereichen und den Bildbereichen erreicht wird und dass dieser hohe Kontrast zwischen den Potentialen der Bereiche des elektrostatischen Bildes ausserdem nur mit einem Zehntel der Energie für die Belichturg des Originals erreicht wird. Dies bedeutet, dass bei einem Fotokopiergerät, bei dem derzeit eine Quarz-Halogen-Lampe mit einem Wolframdraht verwendet wird, welcher eine Leistung von 500 W besitzt, eine Glühlampe mit einer Leistung von 50 W oder eine Fluoreszenzlampe eingesetzt werden kann.

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Ausserdem läßt sich bei den derzeit üblichen Fotokopiergeräten nur eine Geschwindigkeit von etwa 25 Kopien pro Minute erreichen, während bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Fotokopiergerät hergestellt werden kann, welches theoretisch ohne weiteres 150 Kopien pro Minute herstellen kann. In der Praxis wird jedoch wegen der Trägheit der Bauteile des Fotokopiergeräts zur Vermeidung von extremen Arbeitsbedingungen und zur Aufrechterhaltung eines gei^issen Sicherheitsfaktors ein nach der Erfindung arbeitendes Kopiergerät für die Herstellung von etwa 75 - 100 Kopien pro Minute ausgelegt. Dabei ist diese höhere Ausgangsleistung ohne eine wesentliche Erhöhung der Energiezufuhr möglich, da die einzige zusätzliche Energie beim ersten Entwicklungsschritt bzw. beim Maskieren benötigt wird, um nach dem Maskieren der Bildbereiche der Hintergrundbereiche zu entladen. Dabei versteht es sich, dass für die großflächige Belichtung des Fotoleiters anstelle einer Glühlampe jede andere geeignete Lampe oder Lichtquelle verwendet werden kann.

An sich ist die großflächige Belichtung zur Verstärkung eines schwachen latenten Ladungsbildes auf einem Fotoleiter nicht neu. Beispielsweise ist in der US- PS 2 756 676 ein Verfahren beschrieben, welches sich mit dem Problem befaßt, nach einer einzigen Belichtung mit einem Original mehrere xerographische Reproduktionen herzustellen. Dabei wird jedoch die tatsächliche Geschwindigkeit des Fotoleiters nicht erhöht, da bei den bekannten Verfahren ein erster Entwicklungsschritt durchgeführt wird, bei dem die volle Tonermenge auf das Ladungsbild aufgebracht wird, so dass man nicht von einem Maskierschritt wie beim vorliegenden Verfahren sprechen kann. Bei dem bekannten Verfahren wird das mit der vollen Tonermenge versehene Ladungsbild auf ein Trägermaterial, beispielsweise ein Blatt Papier übertragen. Das schwache Toner- und Ladungsbild, welches dabei auf dem Fotoleiter zurückbleibt, weist zu geringe Ladungsunterschiede auf,

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um durch erneutes Belichten verstärkt zu werden oder um die Fertigung einer weiteren Kopie zu ermöglichen. Das schwache Bild wird jedoch bei dem bekannten Verfahren nicht gelöscht; vielmehr erfolgt eine erneute Aufladung des Fotoleiters und anschließend eine Entladung der Hintergrundbereiche durch Belichtung. Da das schwache Tonerbild bei der vollen Belichtung der Bildfläche eine Abschirmung der Bildbereiche bewirkt, wird auf diese Weise ein verstärktes latentes Ladungsbild erhalten. Dem bekannten Verfahren fehlt jedoch der entscheidende Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, der darin besteht, ein latentes elektrostatisches Ladungsbild mit niedrigem Kontrast in der Weise zu entwickeln, dass die Hintergrundbereiche frei von Toner bleiben. Dies liegt daran, dass bei dem bekannten Verfahren die Entwicklerelektrode nicht an einer bestimmten Vorspannung liegt sondern stets auf Bezugspotential. Gemäß der genannten US-PS 2 756 676 muß das Verfahren so geführt werden, dass das Restbild nach dem ersten Kopiervorgang mit der üblichen langsamen Geschwindigkeit zu einem kontrastreichen Ladungsbild entwickelt wird. Eine Beschleunigung des Kopiervorganges wird auf diese Weise nicht erreicht.

Aufgrund des überaus breiten Bereiches, in dem erfindungsgemäß eine Maske mit ausreichender optischer Dichte erzielbar ist, können erfindungsgemäß die Belichtungszeit und die Vorspannungen fest eingestellt werden, wobei trotzdem gewährleistet ist, dass in jedem Fall eine scharfe und deutliche Kopie eines beliebigen Originals erhalten wird, und zwar unabhängig davon, ob der Hintergrund schneeweiß oder mausgrau ist.

Aus der graphischen Darstellung gem. Fig. 5.wird deutlich, dass die Potentialunterschiede zwischen Bildbereichen und Ilintergrundbereichen so groß sind, dass sich für die Herstellung einer scharfen und deutlichen Kopie keine Probleme ergeben.

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Nach dem Abbau des Potentials in den Hintergrundbereichen mit Hilfe der Glühlampe 42 kann die optische Abschirmung von dem verstärkten elektrostatischen Bild, welches auf die beschriebene Weise hergestellt wurde, mit Hilfe einer Reinigungswalze 44 abgewischt werden, welche aus einem Gummischwamm oder dargleichen bestehen kann, wenn dies erwünscht ist. Das Reinigen bzw. Abwischen des Toners kann sowohl bei Verwendung eines Toners mit flüssigem Träger als auch eines trockenen Toners zum Maskieren erfolgen. Nach der Reinigung kann das verstärkte latente elektrostatische Bild dann in jeder üblichen Weise mit Hilfe eines Toners entwickelt werden.

In Fig. 2 der Zeichnung ist für das Entwickeln ein Tonersystem dargestellt,wie es beispielsweise in der US-PS 3 892 481 beschrieben ist. Bei diesem System ist ein Tank 46 vorgesehen, aus dem ein flüssiger Toner 48 über eine Leitung 50, einen Tonervorratstank (nicht dargestellt) und eine Rückleitung 52 zu dem Tank 46 umgewälzt v/erden kann. Weiterhin ist eine Entwicklerelektrode 54 vorgesehen, deren Vorspannung so geregelt wird, dass jede Restladung der Hintergrundsbereiche des Fotoleiters unwirksam gemacht wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann mit einer festen Vorspannung für die Entwicklerelektrode 54 gearbeitet werden, wobei diese Vorspannung nur geringfügig über der durchschnittlichen Restladung der Hintergrundbereiche liegt, da diese erfindungsgemäß gleichmäßig auf ein niedriges Potential entladen worden. Auf diese Weise wird bei den fertigen Kopien ein sauberer weisser Hintergrund erreicht, ohne dass eine spezielle Hintergrundsabtastung und Vorspannungsregelung erforderlich wäre, wie sie in der US-PS 3 892 481 beschrieben ist.

Nach dem Entwickeln mit dem flüssigen Toner wird der überschüssige Entwickler von dem entwickelten Bild mit Hilfe einer gegenläufigen Walze 52 entfernt, wie dies in der US-PS 3 907 423

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beschrieben ist. Die gegenläufige Walze 56 ist dabei wieder mit einem Abstreifer 58 versehen und arbeitet mit den in der genannten Patentschrift angegebenen Drehzahlen und in der dort angegebenen Stellung.

Auf der fotoleitenden Oberfläche 12 befindet sich nunmehr ein entwickeltes Bild, welches auf ein blattförmiges Trägermaterial, insbesonderes auf ein einfaches Blatt Papier,übertragen werden kann. Ein solches Papierblatt 60 wird mittels Transportwalzen einer Walze 64 zugeführt, wo es an die Trommel angelegt wird, woraufhin das Papierblatt 60 an einer Koronaentladungsvorrichtung 66 vorbeibewegt wird. An der Oberfläche der Selentrommel bzw. des Fotoleiters ist nämlich in den Bildbereichen unter dem Toner immer noch eine hohe elektrostatische Ladung vorhanden, welche weder durch die großflächige Belichtung noch durch die Vorspannung zum Löschen des restlichen Hintergrundpotentials abgeführt wurde. Aus diesem Grund wird mit Hilfe der Koronaentladungsvorrichtung 66 auf der der Trommel abgewandten Rückseite des Papierblatts 60 eine hohe positive Ladung erzeugt, Diese hohe positive Ladung hat zur Folge, dass die Tonerpartikel von der Trommeloberfläche auf das Papier gezogen werden. Dabei gewährleistet ein Abnehmer 68, dass das Papierblatt wieder von der Trommel abgehoben· wird und dass das Ende 70 des Papierblattes, welches nunmehr das kopierte Bild trägt, einer Trockenvorrichtung und einem Sammelkorb (nicht dargestellt) zugeführt werden kann. Eine reinigungswalze 72 reinigt die Trommel dann von den restlichen Tonerpartikeln, welche nicht übertragen wurden, woraufhin eine abschließende Reinigung der fotoleitenden Oberfläche 12 mit Hilfe eines Wischerblattes 74 erfolgt.

Wenn das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung von Papier mit einer Zinkoxidbeschichtung durchgeführt wird, dann bleibt

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das Bild natürlich auf dem beschichteten Papier. Ausserdem versteht es sich, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch mit einem trockenen Toner aus einem schmelzbaren, harzartigen Pulver gearbeitet werden kann, welches thermisch fixiert wird.

Weiterhin wird aus der vorstehenden Beschreibung deutlich, dass das erfindungsgemäß erreichbare, überaus kontrastreiche Ladungsbild in jeder geeigneten bekannten Weise entwickelt werden kann.

Ein Selen-Fotoleiter ist für blaues Licht sehr empfindlich, so dass Fotokopiergeräte, die mit einem Selen-Fotoleiter arbeiten, keine kontrastreichen Kopien von blaugefärbten Originalen liefern. Ein Selen-Fotoleiter reagiert also auf blaue Bildbereiche fast wie auf weiße Hintergrundbereiche. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden dagegen blaue Bildbereiche ebenso gut kopiert wie schwarze.

Gelbe Bildbereiche eines Originals sind in der Farbe sehr hell und reflektieren eine beträchtliche Lichtmenge, so dass sie beim Arbeiten mit üblichen Fotokopiergeräten auf den Kopien nur schwach erscheinen. Beim Arbeiten nach dem erfindungsgemässen Verfahren werden aufgrund der Ladungsbildverstärkung dagegen auch gelbe Bildbereiche des Originals einwandfrei kopiert. Weiterhin ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch eine einwandfreie Wiedergabe von Graustufen gewährleistet.

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Aufgrund der Tatsache, dass erfindungsgemäß für einen breiten Bereich von Belichtungsintensitäten einwandfreie Kopien erhalten werden können, kann bei einer automatischen Vorspannungsregelung gemäß der US-PS 3 892 481 die Belichtung bei der Erzeugung des schwachen Ladungsbildes vor dem Maskieren so durchgeführt werden, dass die hellsten Hintergrundbereiche, d. h. rein weiße Bereiche des Originals, auf der Kopie befriedigend reproduziert werden. Dabei wird zwar zunächst ein Ladungsbild erhalten, dessen Kontrast zu gering ist, um sofort eine befriedigende Kopie zu erzeugen, dessen Kontrast andererseits jedoch ausreicht, um ohne weiteres eine Maskierung durchführen zu können. Die Vorspannung für die Walze zum Auftragen des Toners liegt dabei ausreichend hoch, um das Potential der Hintergrundbereiche völlig unwirksam zu machen, ist jedoch andererseits ausreichend niedrig bezüglich des Potentials der Bildbereiche. Dies gestattet eine optische Maskierung der Bildbereiche mit Hilfe eines Toners. Die Beleuchtung bei der Bildverstärkung kann ohne weiteres geregelt werden, indem^clie Intensität der Lichtquelle verändert oder indem man eine Blende im Strahlengang des Bildprojektionssystems vorsieht.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird ferner deutlich, dass die erfindungsgemäße Bildverstärkung bei jedem elektrofotographischen Verfahren erfolgen kann. Beispielsweise kann das verstärkte elektrostatische Bild auf ein dielektrisches Blattmaterial übertragen werden, welches dann mit einem Toner behandelt wird, um auf diesem Material ein sichtbares Bild zu erzeugen, wie dies bekannt ist.

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Claims (16)

DR.-ING. DIPL.-INC.M. SC OIPU.-PHY5 DH DIPL-PHYS. C..'!..-F1HYS. Cl HÖGER - STELLRECHT - CaR-ESSBACH - HAECKER BOEHME PATENTANWÄLTE IN STUTTGART A 43 386 b Anmelder: Savin Corporation τ_177 Columbus and Stevens Avenues 'i iq7q Valhalla, New York, 10595 i ia/J USA Patentansprüche

1.) Elektrophotographisches Verfahren, bei dem auf einer fotoleitenden Oberfläche zunächst ein latentes elektrostatisches Ladungsbild eines Originals mit hellen und dunklen Bildbereichen erzeugt wird und bei dem das latente Ladungsbild entwickelt wird, um ein sichtbares Abbild des Originals zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass man das latente Ladungsbild mit einem Toner behandelt, um eine optische Abschirmung über den den dunklen Bildbereichen des Originals entsprechenden Bildbereichen des Ladungsbildes zu erhalten, dass man die fotoleitende Oberfläche dann beleuchtet, um die Bildbereiche des Ladungsbildes zu entladen, die den hellen Bildbereichen des Originals entsprechen, und dass man dann das Ladungsbild entwickelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die fotoleitende Oberfläche vor der Erzeugung des latenten Ladungsbildes elektrostatisch auf ein vorgegebenes Potential auflädt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Aufladung im Dunklen durchführt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Erzeugung des latenten Ladungsbildes in der Weise ausführt, dass die den hellen Bildbereichen des Originals entsprechenden Bildbereiche des Ladungsbildes auf ein Potential entlädt, welches deutlich höher ist

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die Hälfte des
als / Ausgangspotentialsund dass man die Beleuchtung des mit dem Toner behandelten Ladungsbildes derart ausführt, dass die den hellen Bildbereichen des Originals entsprechenden Bildbereiche auf ein Potential entladen werden, welches deutlich niedriger als die Hälfte des Ausgangspotentials ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass man das Entwickeln des verstärkten Ladungsbildes nach dem Beleuchten mit Hilfe eines Toners ausführt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man das bei dem Entwickeln des verstärkten Ladungsbildes erhaltene sichtbare Abbild des Originals auf ein blattförmiges Kopiermaterial überträgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1- 6, dadurch gekennzeichnet, dass man das Ladungsbild des Originals durch Belichten der fotoleitenden Oberfläche mit einem Licht-Abbild des Originals erzeugt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass

man die fotoleitende Oberfläche mit von dem Original reflektiertem Licht belichtet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass man den der optischen Abschirmung dienenden Toner mit Hilfe einer unter einer vorgegebenen Vorspannung stehenden Tonerauftragvorrichtung auf das latente elektrostatische Ladungsbild aufbringt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1- 9, dadurch gekennzeichnet, dass man die Beleuchtung des teilweise abgeschirm-

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ten Ladungsbildes mit direktem Licht ausführt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass man den der optischen Abschirmung bzw. Maskierung dienenden Toner nach dem Beleuchten des Ladungsbildes entfernt.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die optische Abschirmung nach dem Beleuchten von dem verstärkten elektrostatischen Ladungsbild entfernt und dass man dann das verstärkte Ladungsbild mit Hilfe eines Toners entwickelt.

13. Kopiergerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 -12, mit einer fotoleitenden Oberfläche, mit einer Ladestation und mit Ladeeinrichtungen zum Erzeugen einer elektrostatischen Ladung auf der fotoleitenden Oberfläche, mit einer Belichtungsstation mit Belichtungseinrichtungen zum Belichten der fotoleitenden Oberfläche mit einem Licht-Abbild eines Originals mit hellen und dunklen Bildbereichen und zur Erzeugung eines entsprechenden latenten elektrostatischen Ladungsbildes auf der fotoleitenden Oberfläche, mit einer Entwicklerstation mit Entwicklereinrichtungen zum Entwikkeln des Ladungsbildes zu einem optisch sichtbaren Abbild und mit Einrichtungen zum Herbeiführen einer Relativbewegung zwischen den genannten Stationen einerseits und der fotoleitenden Oberfläche andererseits, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maskierstation (29) mit Maskiereinrichtungen (30-40) zur Erzeugung einer optischen Abschirmung bzw. Maskierung der den dunklen Bildbereichen des Originals entsprechenden Bereiche des latenten elektrostatischen Ladungsbildes vorgesehen ist, dass eine Beleuchtungsstation mit

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Beleuchtungseinrichtungen (40) zum Entladen der unmaskierten Bereiche des latenten elektrostatischen Ladungsbildes durch Lichteinwirkung vorgesehen ist und dass die Maskierstation (29) und die Beleuchtungsstation (42) zwischen der Belichtungsstation (20) und der Entwicklerstation (46-54) angeordnet sind.

14. Kopiergerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskiereinrichtungen (30-40) derart ausgebildet sind, dass mit ihrer Hilfe auf das latente elektrostatische Ladungsbild ein Toner zum Maskieren der den dunklen Bildbereichen des Originals entsprechenden Bereiche des latenten Ladungsbildes aufbringbar ist.

15. Kopiergerät nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtungen eine Lichtquelle (42) aufweisen und dass Befestigungseinrichtungen zum Anbringen der Lichtquelle (42) zwischen den Maskiereinrichtungen (30-40) und den Entwicklereinrichtungen (46-54) vorgesehen sind.

16. Kopiergerät nach einem der Ansprüche 13-15, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskiereinrichtungen ein elektrisch leitfähiges Element, insbesondere eine Walze (38) aufweisen, mit deren Hilfe ein irj einer Flüssigkeit enthaltener Toner zur Maskierung auf das latente elektrostatische Ladungsbild aufbringbar ist.

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