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Elektrofotografische Zeichenerzeugung
ist ein allgemein und üblicherweise
verwendetes Verfahren zum Kopieren oder Drucken von Dokumenten.
Die elektrofotografische Zeichenerzeugung wird durch Belichten einer
Lichtabbildungsdarstellung eines gewünschten Dokumentes auf einen
im wesentlichen gleichmäßig aufgeladenen
Fotorezeptor durchgeführt.
Als Reaktion auf diese Abbildung entlädt sich der Fotorezeptor, um
so ein elektrostatisches latentes Abbild des gewünschten Dokumentes auf der
Fotorezeptorfläche
auszubilden. Tonerpartikel werden dann auf diesem latenten Bild
abgeschieden, um ein Tonerbild auszubilden. Dieses Tonerbild wird
dann von dem Fotorezeptor auf ein Substrat, wie z. B. ein Blatt
aus Papier, übertragen.
Das übertragene
Tonerbild wird dann mit dem Substrat üblicherweise unter Anwendung
von Wärme
und/oder Druck verschmolzen. Die Oberfläche des Fotorezeptors wird dann
von restlichem Entwicklungsmaterial gereinigt und zur Vorbereitung
für die
Erzeugung eines weiteren Bildes wieder aufgeladen.
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Vorstehendes beschreibt grob ein
Muster eines elektrofotografischen Schwarz/Weiß-Druckgerätes. Die elektrografische Zeichenerzeugung
kann auch Farbbilder erzeugen, indem der vorstehende Prozess jeweils
einmal für
jede Tonertarbe wiederholt wird, welche zur Herstellung des zusammengesetzten
Farbbildes verwendet wird. Beispielsweise wird in einem Farbprozess,
welcher hierin als der REaD IOI Prozess (Recharge, Expose, and Develope,
Image on Image) bezeichnet wird, eine geladene fotorezeptive Oberfläche einer
Lichtabbildung ausgesetzt, welche eine erste Farbe, beispielsweise
Schwarz, repräsentiert.
Das sich ergebende elektrostatische latente Bild wird dann mit schwarzen
Tonerpartikeln entwickelt, um ein schwarzes Tonerbild zu erzeugen.
Der Lade-, Belichtungs- und Entwicklungsprozess wird für eine zweite
Farbe, beispielsweise Gelb, dann für eine dritte Farbe, beispielsweise
Magenta, und schließlich
für eine
vierte Farbe, beispielsweise Cyan wiederholt. Die verschiedenen
Farbtonerpartikel werden in überlagerter
Ausrichtung so plaziert, dass sich daraus ein gewünschtes
zusammengesetztes Farbbild ergibt. Dieses zusammengesetzte Farbbild
wird dann auf ein Substrat übertragen
und damit verschmolzen.
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Der REaD IOI Prozess kann unter Einsatz
einer Anzahl verschiedener Architekturen implementiert werden. Beispielsweise
in einem Einzeldurchlaufdrucker, in welchem ein zusammengesetztes Endbild
in einem einzigen Durchlauf des Fotorezeptors durch das Gerät erzeugt
wird. Eine zweite Architektur besteht aus einem Vierfachdurchlaufdrucker,
in welchem nur ein Farbtonerbild während jedes Durchlaufs des
Fotorezeptors durch das Gerät
erzeugt wird, und wobei das zusammengesetzte Farbbild während des
vierten Durchlaufs übertragen
und verschmolzen wird. REaD IOI kann auch in einem Drukker mit fünf Zyklen
implementiert werden, in welchem nur ein einziges Tonerbild während jedes
Durchlaufs des Fotorezeptors durch das Gerät erzeugt wird, wobei aber
das zusammengesetzte Farbbild während eines
fünften
Durchlaufs durch das Gerät übertragen und
verschmolzen wird.
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Die Einzeldurchlaufarchitektur ist
sehr schnell, jedoch teuer, da vier Ladestationen und vier Belichtungsstationen
erforderlich sind. Die Vierfachdurchlaufarchitektur ist langsamer,
da vier Durchläufe
der fotorezeptiven Fläche
erforderlich sind, jedoch wesentlich preiswerter, da sie nur eine
einzige Ladestation und eine einzige Entwicklungsstation erfordert.
Das Drucken in fünf
Zyklen ist sogar noch langsamer, da fünf Durchlässe der fotorezeptiven Fläche erforderlich
sind, hat jedoch den Vorteil, dass verschiedenen Stationen mehrfach
genutzt werden können
(wie z. B. die Verwendung einer Ladestation zum Übertragen). Ferner hat das
Drucken in fünf
Zyklen auch den Vorteil einer kleineren Stellfläche. Schließlich hat das Drucken in fünf Zyklen
einen entscheidenden Vorteil dahingehend, dass kein Farbbild in demselben
Zyklus wie die Übertragung,
Verschmelzung und Reinigung erzeugt wird, wenn mechanische Belastungen
auf das Antriebssystem ausgeübt werden.
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Unabhängig von der eingesetzten Architektur
ist der Raum um den Fotorezeptor herum üblicherweise sehr kostbar.
Ein Ladesystem, Belichtungssystem, mehrere Entwickler, eine Übertragungsstation
und eine Reinigungsstation müssen alle
angrenzend an den Fotorezeptor plaziert werden. Ferner ist, da eine
kleine Größe ein erwünschtes Merkmal
von Schreibtischfarbdruckern ist, die Minimierung der Größe des Fotorezeptors
wichtig. Tatsächlich
ist in einigen Gerätekonstruktionen
unzureichend Platz vorhanden, um physikalisch alle gewünschten
Systemkomponenten unterzubringen, wenn herkömmliche Systemanordnungsverfahren angewendet
werden. Beispielsweise ist es oft zur Verbesserung der Übertragung
des zusammengesetzten Farbbildes auf ein Substrat er wünscht, eine Löschlampe
einzufügen,
um die Ladungen auf dem zusammengesetzten Farbbild und dem Fotorezeptor nach
der Endentwicklung jedoch vor der Übertragung zu neutralisieren.
Jedoch würde
nach dem Stand der Technik diese Löschlampe einen Raum einnehmen, welcher
einfach nicht verfügbar
ist. Daher wäre
eine neue Art einer Anordnung für
ein mehrfarbiges elektrofotografisches Druckersystem nützlich.
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Gemäß dieser Erfindung enthält ein Farbdruckgerät einen
Fotorezeptor mit einer ersten Fläche
und einer zweiten Fläche,
die sich in einer vorgegebenen Richtung bewegen;
eine einzelne
Belichtungsstation (24) zum Belichten des Fotorezeptors;
eine
erste Entwicklungsstation, die an die erste Fläche angrenzt und sich stromab
von der Belichtungsstation befindet;
eine zweite Entwicklungsstation,
die an die erste Fläche
angrenzt und sich stromab von der ersten Entwicklungsstation befindet;
eine
dritte Entwicklungsstation, die an die erste Fläche angrenzt und sich stromab
von der zweiten Entwicklungsstation befindet;
eine vierte Entwicklungsstation,
die an die erste Fläche
angrenzt und sich stromab von der dritten Entwicklungsstation befindet;
und
eine Übertragungsstation,
die an den Fotorezeptor angrenzt und sich stromab von der vierten
Entwicklungsstation befindet;
ist dadurch gekennzeichnet, dass
eine Löschlampe an
die zweite Fläche
angrenzend vorhanden ist;
und dass sich die Löschlampe
stromab von der ersten Entwicklungsstation und stromauf von der
vierten Entwicklungsstation befindet.
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Eine spezifische Ausführungsform
eines Farbdruckgerätes
gemäß dieser
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
der einzigen 1 beschrieben,
welche schematisch ein elektrofotografisches Druckgerät mit vier
Zyklen darstellt.
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Gemäß 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein elektrofotografisches Druckgerät 8 mit
vier Zyklen, welches eine Löschlampe
zwischen einer dritten Entwicklungsstation und einer vierten Entwicklungsstation enthält. Obwohl
die bevorzugte Ausführungsform
individuelle Subsysteme enthält,
welche nach dem Stand der Technik bekannt sind, werden diese in
einer neuen nützlichen
und nicht offensichtlichen Weise organisiert.
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Die Druckmaschine enthält ein Aktivmatrix-(AMAT)-Fotorezeptorband 10 welches
in der durch den Pfeil 12 dargestellten Richtung läuft. Der Bandumlauf
wird durch die Anordnung des Fotorezeptorbandes um eine Antriebsrolle 14 (die
von einem nicht dargestellten Motor angetrieben wird) und um Spannrollen 15 und 16 herum
erzeugt.
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Da das Fotorezeptorband umläuft, passiert jedes
Teil davon jede von den nachstehend beschriebenen Prozessstationen.
Zur Vereinfachung wird ein Einzelabschnitt des Fotorezeptorbandes,
bezeichnet als der Bildbereich, identifiziert. Der Bildbereich ist der
Teil des Fotorezeptorbandes, welcher die verschiedenen Tonschichten
aufzunehmen hat, welche nach der Übertragung und Verschmelzung
mit einem Substrat das fertige Farbbild erzeugen. Obwohl das Fotorezeptorband
zahlreiche Bildbereiche aufweisen kann, da jeder Bildbereich in
derselben Weise verarbeitet wird, reicht eine Beschreibung der Verarbeitung
eines Bildbereiches aus, um vollständig den Betrieb des Druckgerätes zu erläutern.
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Wie erwähnt, findet die Erzeugung des
Farbdokumentes in vier Zyklen statt. Der erste Zyklus beginnt wenn
der Bildbereich eine "Vorlade"-Löschlampe 18 passiert,
welche den Bildbereich so beleuchtet, so dass sie das Löschen jeder
Restladung, welche auf dem Bildbereich existieren könnte, bewirkt.
Derartige Löschlampen
sind in hochqualitativen Systemen üblich und ihre Verwendung für ein anfängliches Löschen ist
allgemein bekannt.
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Der Bildbereich, die Verarbeitungsstationen, der
Bandumlauf und die Zyklen definieren zwei relative Richtungen, stromauf
und stromab. Eine gegebene Bearbeitungsstation befindet sich stromauf
von einer zweiten Bearbeitungsstation, wenn in einem gegebenen Zyklus
der Bildbereich die gegebene Verarbeitungsstation passiert, bevor
er die zweite Verarbeitungsstation passiert. Umgekehrt befindet
sich eine gegebene Bearbeitungsstation stromab von einer zweiten,
wenn in einem gegebenen Zyklus der Bildbereich die gegebene Bearbeitungsstation
passiert, nachdem er die zweite Bearbeitungsstation passiert.
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Da das Fotorezeptorband seinen Umlauf fortsetzt,
passiert der Bildbereich eine Ladestation bestehend aus einem AC-Scorotron 22.
Um den Bildbereich in Vorbereitung einer Belichtung zum Erzeugen
eines latenten Bildes für
schwarzen Toner zu laden, lädt
das AC-Scorotron den Bildbereich auf ein im wesentlichen gleichmäßiges Potential
von beispielsweise etwa –500
Volt auf. Es dürfte
sich verstehen, dass die tatsächlich
auf den Fotorezeptor für den
schwarzen Toner (und die anderen Tonerschichten, die nachstehend
beschrieben werden) aufgebrachte Ladung von vielen Variablen abhängt, wie
z. B. der Tonermasse und den Einstellungen einer anschließenden Entwicklungsstation
(siehe nachstehend).
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Nach dem Passieren der Ladestation
läuft der
Bildbereich weiter, bis er eine Belichtungsstation 24 erreicht.
Bei der Belichtungsstation wird der geladene Bildbereich einem modulierten
Laserstrahl 26 ausgesetzt, welcher eine Rasterabtastung
des Bildbereichs in der Weise durchführt, dass eine elektrostatische
latente Darstellung eines schwarzen Bildes erzeugt wird. Beispielsweise
könnten
beleuchtete Abschnitte des Bildbereiches durch den Strahl 26 auf etwa –50 Volt
entladen werden. Somit weist der Bildbereich nach der Belichtung
ein Spannungsprofil bestehend aus Bereichen mit relativ hoher Spannung von
etwa –500
Volt und Bereichen mit relativ niedriger Spannung von etwa – 50 Volt
auf.
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Nach dem Passieren der Belichtungsstation 24 passiert
der belichtete Bereich eine Schwarz-Entwicklungsstation 28,
welche negativ geladene schwarze Tonerpartikel auf dem Bildbereich
abscheidet. Der geladene schwarze Toner heftet an den belichteten
Bereichen des Bildbereiches an und bewirkt dadurch, dass die Spannung
der beleuchteten Teile des Bildbereiches auf etwa –200 Volt
liegt. Die nicht beleuchteten Teile des Bildbereiches verbleiben
auf –500
Volt. Nach dem Passieren der Schwarz-Entwicklungsstation läuft der
Bildbereich an einer Anzahl weiterer Stationen vorbei, deren Zwecke
nachstehend beschrieben werden, und kehrt zu der Vorlade-Löschlampe 18 zurück. Dann
beginnt der zweite Zyklus.
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Wenn entweder eine AC-Nachladung
oder eine aufgeteilte Nachladung direkt angewendet würden, um
die Bildbereiche in dem zweiten Zyklus neu zu laden, könnten erhebliche
Anteile der schwarzen Tonerpartikel von dem Fotorezeptor abgezogen
und in dem Gelb-Entwickler abgeschieden werden, und dadurch eine
Schwarz-in-Gelb-Kontamination
bewirken. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine erfolgreiche
AC-Einzelnachladung
durchgeführt
werden kann, wenn der Fotorezeptor zuerst belichtet wird, um so
die Ladungen auf dem Bildbereich vor der Nachladung zu reduzieren.
In dem elektrofotografischen Druckgerät 8 wird dieses durchgeführt, indem
die Vorlade-Löschlampe 18 verwendet
wird, um den Bildbereich zu belichten. Daher belichtet diese Lampe,
wenn der Bildbereich an der Vorlade-Löschlampe 18 vorbeiläuft den
Bildbereich.
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Nach dem Passieren der Vorlade-Löschlampe
lädt das
AC-Scorotron 22 den Bildbereich auf den Ladepegel auf,
welcher für
die Belichtung und die Entwicklung des Gelb-Bildes gewünscht ist.
Vorteilhafterweise besitzt das AC-Scorotron eine hohe Steilheit:
Eine kleine Spannungsveränderung
auf dem Bildbereich für
zu großen
Ladeströmen.
Die an das metallische Gitter des AC-Scorotrons 22 angelegte
Spannung kann zur Steuerung der Spannung verwendet werden, bei welcher
die Ladeströme
an den Bildbereich geliefert werden.
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Der nachgeladene Bildbereich mit
seiner schwarzen Tonerschicht läuft
dann weiter zu der Belichtungsstation 24. Die Belichtungsstation
belichtet den Bildbereich mit dem Strahl 26, um so eine
elektrostatische latente Darstellung eines Gelb-Bildes zu erzeugen.
Als ein Beispiel für
die Ladungen auf dem Bildbereich können die nichtbeleuchteten
Teile des Bildes ein Potential von etwa –450 Volt aufweisen, während die
beleuchteten Bereiche auf etwa –50
Volt entladen sind.
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Nach dem Passieren der Belichtungsstation 24 läuft der
nun belichtete Bildbereich an einer Gelb-Entwicklungsstation 30 vorbei,
die gelben Toner auf dem Bildbereich ab scheidet. Da der Bildbereich bereits
eine schwarze Tonerschicht besitzt, sollte die Gelb-Entwicklungsstation
einen nicht absorbierenden Entwickler verwenden.
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Nach dem Passieren der Gelb-Entwicklungsstation
laufen der Bildbereich und seine zwei Tonerschichten an der Vorlade-Belichtungslampe
vorbei, welche wiederum so beleuchtet wird, dass sie den Bildbereich
entlädt.
Dieses ist der Start des dritten Zyklusses. Das AC-Scorotron 22 lädt den Bildbereich und
dessen zwei Tonerschichten in Vorbereitung für die dritte Belichtungsstation
auf. Die Belichtungsstation 24 setzt wiederum den Bildbereich
dem Strahl 26, dieses Mal mit einer Lichtdarstellung aus,
die einige Teile des Bildbereiches entlädt, um eine elektrostatische
latente Darstellung eines Magenta-Bildes zu erzeugen. Der Bildbereich
läuft dann
durch eine Magenta-Entwicklungsstation 32.
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Gemäß Darstellung in 1 ist die Magenta-Entwicklungsstation 32 physikalisch
die letzte Entwicklungsstation: D. h., sie ist physikalisch stromab von
allen anderen Entwicklungsstationen angeordnet und insbesondere
von der Cyan-Entwicklungsstation 34. Die Magenta-Entwicklungsstation,
bevorzugt mit einem nicht absorbierenden Entwickler bringt magentafarbenen
Toner auf den Bildbereich auf. Das Ergebnis ist eine dritte Tonerschicht
auf dem Bildbereich.
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Der Bildbereich mit seinen drei Tonerschichten
läuft dann
an der beleuchteten Vorlade-Löschlampe
vorbei. Der vierte Zyklus beginnt. Das AC-Scorotron 22 lädt wiederum
den Bildbereich (welcher nun drei Tonerschichten besitzt) auf, um
die gewünschte
Ladung auf dem Fotorezeptor zu erzeugen. Der im wesentlichen gleichmäßig geladene
Bildbereich mit seinen drei Tonerschichten läuft dann wiederum zu der Belichtungsstation 24.
Die Belichtungsstation belichtet den Bildbereich wieder, dieses Mal
mit einer Lichtdarstellung, die einige Teile des Bildbereiches entlädt, um eine
elektrostatische latente Darstellung eins Cyan-Bildes zu erzeugen.
Nach dem Passieren der Belichtungsstation läuft der Bildbereich an der
Cyan-Entwicklungsstation 34 vorbei. Die Cyan-Entwicklungsstation,
ebenfalls mit einem nicht absorbierenden Entwickler, bringt Cyan-Toner auf den Bildbereich
auf.
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Obwohl die Cyan-Entwicklungsstation
die letzte der vier Entwicklungsstationen ist, die zum Erzeugen
einer Tonerschicht verwendet wird, ist sie physikalisch stromauf
von der Magenta-Entwicklungsstation 32 angeordnet. Nach
dem Passieren der Cyan-Entwicklungsstation
weist der Bildbereich vier Tonerschichten auf, welche zusammen ein
zusammengesetztes Farbtonerbild bilden. Dieses zusammengesetzte
Farbtonerbild besteht aus individuellen Tonerpartikeln, welche Ladungspotentiale
besitzen, welche stark variieren können. In der Tat nehmen einige
von diesen Partikeln eine positive Ladung an. Die Übertragung
eines derartigen zusammengesetzten Tonerbildes auf ein Substrat
würde zu
einem verschlechterten Endbild führen.
Daher ist es günstig, das
zusammengesetzte Farbtonerbild vor der Übertragung vorzubereiten.
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Die Vorbereitung für die Übertragung
wird teilweise durch die Beleuchtung des Bildbereiches unter Verwendung
eines Vorübertragungs-Löschlampe 39 durchgeführt, um
so den größten Teil
der Restladungen auf dem Bildbereich zu entladen. Gemäß Darstellung
in 1 ist die Vorübertragungs-Löschlampe
stromab von der Magenta-Entwicklungsstation 32,
jedoch stromauf von der Cyan-Entwicklungsstation 34 angeordnet.
Zusätzlich
ist die Löschlampe
angrenzend an die Innenoberfläche
des Fotorezeptorbandes 10 angeordnet. Die Anordnung der
Vorübertragungs-Löschlampe
in dieser Position erlaubt eine besonders kompakte Konstruktion,
da kein Raum um den Fotorezeptor, der sich stromab von den gesamten
Entwicklungsstationen, jedoch stromauf von der Übertragungsstation (nachstehend
beschrieben) befindet, belegt werden muss.
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Nach dem Passieren der Vorübertragungs-Löschlampe 39 ist
der Bildbereich im wesentlichen, jedoch nicht vollständig entladen.
Tatsächlich enthalten
die Tonerschichten auf dem Bildbereich sowohl positive als auch
negative Ladungen. Um die Tonerschichten für ihre Übertragung weiter vorzubereiten
ist es günstig,
sicherzustellen, dass nur eine Ladungspolarität auf den Tonerpartikeln vorliegt.
Dieses wird durchgeführt,
indem der Bildbereich an einem DC-Scorotron 40 vorbeigeführt wird,
welches ausreichend negative Ionen an den Bildbereich liefert, damit
im wesentlichen alle von den zuvor positiv geladenen Tonerpartikeln
in der Polarität
umgekehrt werden.
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Der Bildbereich läuft dann weiter in der Richtung 12 an
der Antriebsrolle 14 vorbei. Ein Substrat 41 wird
dann über
dem Bildbereich mittels einer Blattzuführungsvorrichtung (welche nicht
dargestellt ist) plaziert. Da der Bildbereich und das Substrat ihren Weg
fortsetzen, passieren sie ein Übertragungs-Scorotron 42.
Dieses Scorotron liefert positi ve Ionen auf die Rückseite
des Substrates 42. Diese Ionen ziehen die negativ geladenen
Tonerpartikel auf das Substrat.
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Da das Substrat seinen Weg fortsetzt,
läuft es
an einem Ablöse-Scorotron 43 vorbei.
Dieses Scorotron neutralisiert einen Teil der Ladung auf dem Substrat,
um die Trennung des Substrates von dem Fotorezeptor 10 zu
unterstützen.
Wenn sich der Rand des Substrats um die Spannrolle 16 bewegt, löst sich
der Rand von dem Fotorezeptor. Das Substrat 41 wird in
eine Fixiereinrichtung 44 geleitet, in welcher eine beheizte
Fixierrolle 46 und einen Andruckrolle 48 einen
Spalt erzeugen, durch welchen das Substrat verläuft. Die Kombination von Druck
und Wärme
bei dem Spalt bewirkt, dass das zusammengesetzte Farbtonerbild in
das Substrat schmilzt. Nach dem Fixieren führt eine nicht dargestellte
Rutsche die Trägerblätter zu
einer ebenfalls nicht dargestellten Auffangkassette zur Entnahme
durch eine Bedienungsperson.
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Nachdem das Substrat von dem Fotorezeptorband 10 getrennt
ist, setzt der Bildbereich seinen Weg fort und passiert die Vorreinigungslöschlampe 50.
Diese Lampe neutralisiert den größten Teil
der auf dem Fotorezeptorband verbliebenen Ladung und jeden restlichen
Toner oder Schmutz, der sich auf dem Fotorezeptor befinden kann.
Nach dem Passieren der Vorreinigungs-Löschlampe wird der restliche Toner
und/oder Schmutz auf dem Fotorezeptor bei einer Reinigungsstation 54 entfernt.
Bei der Reinigungsstation entfernen zwei Reinigungsrollen restliche
Tonerpartikel aus dem Bildbereich. Dieses stellt das Ende des vierten
Zyklus dar. Der Bildbereich passiert dann wieder die Vorlade-Löschlampe und den Startpunkt
von weiteren vier Zyklen.
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Unter Einsatz allgemein bekannter
Technologie werden die vorstehend beschriebenen Gerätefunktionen
allgemein von einer Steuerung verwaltet und geregelt, welche elektrische
Befehlssignale zum Steuern der vorstehend beschriebenen Operationen liefert.