DE1946973A1

DE1946973A1 - Elektrophotographisches Verfahren und Einrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1946973A1
Application number: DE19691946973
Authority: DE
Inventors: Queener Carl Allan; Dueltgen Ray Loren
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1968-09-26
Filing date: 1969-09-17
Publication date: 1970-04-09
Also published as: NO123869B; ZA696369B; DE1946973C3; CH489044A; NL6913196A; SE349155B; AT293169B; DK121592B; BE739266A; GB1272815A; FI54979C; CA920861A; BR6912761D0; FR2018892A1; DE1946973B2; NL147264B; ES371304A1; FI54979B

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH '

Böblingen, den 15. September 1969 bt-sr

Anmelder:

Amtliches Aktenzeichen:

Akten z. der Anmelder in:

International Business Machines Corporation, Armonk, N. Y. 10 504 Neuanmeldung
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Elektrophotographisches Verfahren und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein elektrophotographisches Verfahren zur Herstellung von Kopien, bei dem auf einem Photoleiter ein latentes Ladungsbild des Originals erzeugt, dieses Ladungsbild mit einem Toner entwickelt, d.h. sichtbar gemacht und das sichtbare Tonerbild auf die Kopie übertragen wird, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem als umlaufende Trommel ausgebildeten Photoleiter und einer Aufladevorrichtung, einer Belichtungseinrichtung, einer Entwicklungseinrichtung, einer Bildübertragungseinrichtung und einer zur Entfernung des nicht auf die Kopie übertragenen Toners dienenden Reinigungseinrichtung, die sämtlich gegenüber der umlaufenden Trommel ortsfest angeordnet sind, wobei die Reinigung durch mindestens eine umlaufende Reinigungsbürste vorgenommen wird.

Das im US-Patent 2 297 691 beschriebene elektrophotographische Verfahren wird heute in einer großen Anzahl xerogr aphis eher Kopiergeräte verwendet. Es gibt eine Anzahl von Möglichkeiten, die Entwicklung, d.h. Sichtbarmachung, des bei diesem Verfahren erzeugten latenten Ladungsbildes durchzuführen. So ist beispielsweise im US-Patent 2 618 552 die als Kaskadenentwicklung bezeichnete Methode beschrieben. Das US-Patent 2 221 776 beschreibt eine Entwicklungs- , methode, die mittels einer Staub- oder Puderwolke arbeitet; ein Verfahren zu*

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Entwicklung mittels einer magnetischen Bürste ist beispielsweise im US-Patent 2 874 063 aufgezeigt.

Die Entwicklung erfolgt durch elektrostatische Kräfte zwischen als Toner bezeichneten kleinen farbigen Partikeln, die durch triboelektrisehe Vorgänge aufgeladen werden, und den nach Belichtung noch mit einer Ladung behafteten Bildstellen des Photoleiters. Die Tonerpartikel enthalten normalerweise ein schmelzbares Harz als Bindematerial, so können beispielsweise natürliche ^ oder synthetische organische Polymere, wie Styrol-Polymerisate und -Mischpolymerisate, Epoxy-Harze, Kolophonium und Kolophonium-Ester sowie vielfältige Kombinationen dieser Bestandteile mit einem Farbstoff, z. B. Druckerschwärze oder Ruß, vermischt sein. Dadurch istes in einfacher Weise möglich, das Tonerbild auf der Kopie, auf die es von dem Photoleiter übertragen wurde, durch Wärmeeinwirkung aufzuschmelzen. Da bisher eine vollständige Übertragung des Toners von dem Photoleiter auf das Kopierblatt nicht möglich ist, verbleibt ein Rest des Toners auf dein Photoleiter und kleine Mengen der sehr kleinen Tonerpartikel haften sogar auf den nicht geladenen Flächen des Photoleiters. Wenn diese Tonerreste nicht entfernt werden, entsteht auf der nächstfolgenden Kopie d ne Hintergrundschwärzung und ein sehr schwaches Abbild der vorausgegangenen Kopie. Daher ist es notwendig, Mittel zur Beseitigung dieser Tonerreste oder anderer Fremdkörper von der Oberfläche des Photoleiters zwischen zwei Kopiervorgängen vorzusehen.

Bisher werden Tonerreste von der Oberfläche des Photoleiters durch mechanische Reinigung mittels eines austauschbaren Gewebes oder Gewebebandes aus Fasermaterial oder durch die Bürstenhaäre einer rotierenden zylindrischen Bürste entfernt. Es werden beispielsweise tierische Felle, pflanzli- . ehe Fasern und synthetische Fasern wie Nylon oder Zellulose-Derivate verwendet. Durch diese Reinigung wird zwar ein Großteil der Tonerpartikel entfernt, e,s entsteht jedoch ein dünner Tonerfilm auf der Oberfläche des Photoleiters, Dieser Tonerfilm baut sich über eine Periode von mehreren hundert bis zu mehreren tausend: Kopier vorgängen, bis zu einer Dicke auf, die ·

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eine deutliche Verschlechterung der Kopierqualität bewirkt, indem auf der Kopie ein dunkler Hintergrund auftritt. Dann ist eine kostspielige und zeit- > raubende Reinigung der Oberfläche des Photoleiters oder ein vollständiger Ersatz des Photbleiters notwendig. Die Ursache für die Entstehung des Tonerfilms ist nicht vollständig geklärt, es herrscht jedoch die Meinung vor, daß der Film durch Reibungswärme entsteht, die durch die Bewegung der Reinigungsvorrichtung gegenüber der Oberfläche des Photoleiters hervorgerufen wird. Es wurde bereits vorgeschlagen, die Oberfläche des Photoleiters mit verschiedenen Schutzschichten zu überziehen; diese Schichten müssen jedoch so dünn sein, daß der normale Kopiervorgang nicht behindert wird. Gerade diese notwendige Begrenzung der Dicke der Schutzschichten beschränkt jedoch auch ihre Schutzwirkung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgemäß darin, eine Verlängerung der Wartungsintervalle von elektrophotographischen Kopiergeräten und eine Verbesserung der während dieser verlängerten Wartungsintervalle hergestellten Kopien zu erzielen. Diese Aufgabe wird bei dem eingangs erwähnten elektrophotographischen Verfahren dadurch gelöst, daß auf die Oberfläche des Photoleiters eine dünne Schicht aus einem Fluor-Kohlenwasserstoff-Polymerisat aufgebracht und während des Kopierens aufrechterhalten wird. Eine zweckmäßige Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß die Fluor-Kohlenwasserstoff-Polymerisat-Schicht durch Berühren der Photoleiter-Oberfläche mit einem Fluor-Kohlenwasserstoff-Polymerisat aufgebracht wird. ·

Obwohl die Ursache der Vorteile, die bei der Berührung der Oberfläche des Photoleiters mit einem Fluor-Kohlenwasserstoff-Polymerisät eintreten, noch nicht vollständig geklärt ist, wurde festgestellt, daß bei der Berührung eine geringe Menge des Polymerisats auf den Photoleiter übertragen wird. Diese Ablagerung, rHe infolge ihrer geringer. Dicke von nur wenigen Molekülen mit gewöhnlichen Meßmethoden kaum erfaßbar ist, bewirkt, daß der

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Aufbau eines Tonerfilms auf der Oberfläche des Photoleiters entweder ganz verhindert oder zumindest sehr stark verzögert wird. Mit der Zeit kann auf dem Photoleiter ein weißlicher Schleier entstehen. Dieser Schleier vermindert jedoch keineswegs die zur Durchführung des xerographischen Prozesses notwendigen Eigenschaften des Photoleiters. Der Schleier besteht aus einer sehr dünnen, ungefähr 1 Mikron oder weniger starken, nur wenig haftenden Ablage des Materials aus Fluor-Kohlenwasserstoff-Polymerisat. Es muß auf jeden Fall vermieden werden, daß ein relativ dicker, klarer, fest anhaftender Film aufgebaut wird, da hierdurch die notwendigen Eigenschaften des Photoleiters beeinträchtigt werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß eine Reinigungsvorrichtung zum Entfernen des nicht auf die Kopie übertragenen Toners von dem Photoleiter auch zum Aufbringen der Fluor-Kohlenwasserstoff-Polymerisat-Schicht auf den Photoleiter dient.

Eine zweckraäßige Einrichtung der eingangs genannten Art zur Durchführung

mindestens einer

des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß der Flor γ Reinigungsbürste aus einem Fluor-Kohlenwasserstoff-Polymerisat besteht.

Aufgrund der Tatsache, daß fluorhaltige Polymerisate in Faserform erhältlich sind, kann ein auf einem der üblichen Teppichwebstühle hergestelltes weiches Gewebe verwendet werden. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, das Fluor-Kohlenwasserstoff-Polymerisat in Form einer Bürste zu verwenden, Dabei kann die Behandlung des Photoleiters mit Fluor-Kohlenwasserstoff-Polymerisat während der Benutzung mit der zur Entfernung der Tonerreste notwendigen Reinigung des Photoleiters verbunden werden. Eine separate Reinigungseinrichtung erübrigt sich damit. Es -wurde festgestellt, daß erfindungsgemäße Bürsten auch ausgezeichnete, zur Reinigung des Photoleiters notwendige Eigenschaften aufweisen. Selbstverständlich kann auch ein Gewebe aus einer Kombination von natürlichen oder synthetischen Fasern und Fasern aus Fluor-Kohlenwasserstoff-Polymerisat benutzt werden.*

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Passende Materialien zur Ausführung der Erfindung sind Fluor-Kohlenwasserstoff-Harze, wie beispielsweise Polytetrafluoräthylen, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid, Polychlorotrifluoräthylen und Mischpolymerisate von Tetrafluoräthylen und Tetrafluoropropylen usw. Für die Erfindung brauchbare und in Faserform erhältliche Polymerisate werden unter dem Handelsnamen "Teflon" vertrieben. Vorteilhafterweise werden diese Fasern verzwirnt und beispielsweise zu einer Tufting- oder Schiingenware verarbeitet. Als Grundmaterial kann dabei Baumwolle oder Polypropylen verwendet werden. Die rückseitigen Enden der verzwirnten Fasern können in der üblichen Art und Weise mittels Latex-Gummi am Grundgewebe festgeklebt werden. Dabei entsteht ein weiches, pelzähnliches Gewebe.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und den zugehörigen Zeichnungen ersichtlich. Auf den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine teilweise Seitenansicht einer Reinigungsbürste entsprechend der Erfindung;

Fig. 2 eine Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Reinigungsbürste;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines elektrostatischen Kopiergerätes unter Verwendung einer der Erfindung entsprechenden Reinigungsbürste.

In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform - einige Teile sind zur besseren Darstellung vergrößert - ist ein PolytetrafLuoräthylen-Gewebe 11 mittlerer Dichte mit einer Florhöhe von 0, 625 Zoll gezeigt. Die Florhöhe ist nicht kritisch und kann zwischen 1, 5 und 0, 25 Zoll liegen. Das Grundgewebe 15 aus Baumwolle und die Büschel 13 sind auf einem zylindrischen Kern 17 mit einem äußeren Durchmesser von 2, 25 Zoll mittels eines Klebers 19 befestigt. Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß das Gewebe parallele

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Rechen von Büscheln aufweist. Aus diesem Grunde wird das Gewebe 11 in der in Fig. 2 gezeigten Art auf dem Kern 17 aufgebracht. Dadurch wird bei Bewegung der Oberfläche des Photoleiters in Pfeilrichtung gegenüber der Reinigungsbürste die gesamte Oberfläche gleichmäßig durch die Büschel 13 berührt. Eine Kanalbildung, die bei paralleler Anordnung der Büschelreihen zur Achse des Kerns 17 auftritt, wird damit vermieden.

In Fig. 3 ist ein typisches elektr ophotogr aphis ehe s Kopiergerät schematisch in Verbindung mit einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Eine zylindrische Trommel 21 ist drehbeweglich auf einer Achse 22 gelagert und ■ trägt auf ihrer Außenfläche 23 eine photoleitfähige Schicht 25, die beispielsweise aus organischem oder anorganischem photoleitfähigem Material bestehen kann. Diese Trommel wird in Pfeilrichtung bewegt, um so den Photoleiter unter die verschiedenen Stationen zur Durchführung des elektrophotographischen Prozesses zu bringen. Verschiedene photoleitfähige Materialien können benutzt werden, beispielsweise Selen, Selen-Tellurium, Anthraeen, Zink-Oxyd in einem Harzbinder usw. Vorzugsweise wird ein organischer Photoleiter aus polymerisiertem Vinyl-Carbazol und 2, 4, 7-Trinitro-9-Fluorenon benutzt, wie er in der US-Patentanmeldung vom 13. Juni 1966, Serial-Nr. 556 982 beschrieben ist.

Durch die Korona-Entladungseinheit 35 wird der Oberfläche des Photoleiters im Dunkeln eine Ladung zugeführt. Auf einer transparenten Unterlage 29 befindet sich das Original 27. Ein Bild dieses durch die Lampen 31 beleuchteten Originals wird durch die Optik 33 auf die Oberfläche des Photoleiters 25 übertragen. In der Entwicklungs station 38 wird das durch die Belichtung entstandene latente Ladungsbild durch Aufbringen einer aus Trägerteilchen und Toner bestehenden Mischung sichtbar gemacht. Statt der in Fig. 3 dargestellten Kaskaden-Entwicklungsvorrichtung können selbstverständlich auch andere Entwicklungseinrichtungen, beispielsweise eine Pulverwolken-Entwicklungs station oder eine Entwicklungs station mit einer magnetischen

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Bürste verwendet werden. Die zur Entwicklung benutzte Mischung enthält relativ große Trägerteilchen und relativ kleine, durch Wärme fixierbare Tonerpartikel, die an den geladen bleibenden Bereichen der Oberfläche des' Photoleiters 25 haften bleiben.

In der Übertragungs station 39 wird das so auf dem Photoleiter hergestellte Tonerbild unter Mitwirkung einer Korona-Übertragungs einheit 43 auf die blatt- oder bahnförmige Kopie 41 übertragen. Nach der Ablösung der Kopie vom Photoleiter durchläuft diese eine Schmelzfixier einrichtung 45, in der der auf dem Papier haftende Toner durch Wärme fest mit diesem verbunden wird. Die auf der Photoleiteroberfläche 25 zurückbleibenden Tonerpartikel werden zuerst durch eine Reinigungs-Korona-Einheit 47 gelöst und dann durch eine entgegen der Umdrehungsrichtung der Trommel 21 rotierende Reinigungsbürste 49 entfernt. Die Länge dieser Bürste 49 entspricht der Länge der Trommel 21, der Aufbau der Bürste ist in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Die Reinigungsbürste 49 ist drehbar in einem Gehäuse 51 gelagert, in dem durch die Vakuumpumpe 50 ein Unterdruck erzeugt wird. Dieser Unterdruck und der Abstreifer 53 bewirken, daß die durch die Reinigungsbürste 49 aufgenommenen Tonerpartikel sich im Filter 52 ablagern. Der Abstand zwischen der Achse der Reinigungsbürste 49 und der Achse 22 der Trommel 21 ist einstellbar, um so abhängig von der Länge und Dichte des Flors der Reinigungsbürste und der Relativgeschwindigkeit zwischen Bürste 49 und Trommel 21 eine optimale Einstellung wählen zu können. Diese Einstellbar keit dient auch dazu, die Bildung eines relativ dicken, festhaftenden klaren Überzugs aus Fluor-Kohlenwasserstoff-Polymerisat auf dem Photoleiter 25 zu vermeiden. Sobald nämlich die Dicke dieses Films 1 Mikron überschreitet, werden die zur Durchführung des elektrophotographischen Prozesses notwendigen Eigenschaften des Photoleiters in solcher Weise verändert, daß eine Herstellung von Kopien nicht mehr möglich ist. Dies kann beispielsweise durch örtliche bzw. punktweise Erhitzung infolge zu hoher Relativgeschwindigkeit zwischen Reinigungsbürste und Photoleiter " atxftreten.

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Die beiden folgenden Beispiele sollen die durch Anwendung der Erfindung erzielbaren Fortschritte deutlich machen,

Beispiel 1

Bei Benutzung des-in Fig. 3 gezeigten Gerätes, einer einzelnen Bürste mit einem Flor aus Fluor-Kohlenwasserstoff-Polymerisat, einer Kaskaden-Entwicklungs station und eines T oner-Gemisches aus harzbeschichteten Sandkörnern als Trägerteilchen und Polystyrin-n-Butyl-Methacrylat-Polymerisat in kleinen Partikeln als Toner, einer Bürstengesehwindigkeit von ψ 1250 Upm und einer Überdeckung von Trommel und Reinigung s bürste von

0, 125 Zoll wurde nach der Herstellung von 12 000 Kopien keinerlei T onerfilm auf der Oberfläche des Photoleiters festgestellt. Nach ungefähr 200 Umläufen wurde ein weißer Schleier aus Fluor-Kohlenwasserstoff-Polymerisat sichtbar, der jedoch keinen Einfluß auf die Qualität der 12 000 Kopien auslöste. ■ ■

In einem weiteren Test wurden unter gleichen Bedingungen mit dem. gleichen Gerät Kopien hergestellt, wobei jedoch die erfindungs gemäße Reinigungsbürste durch eine synthetische Bürste aus einem. Mischpolymerisat aus Vinylchlorid und Acrylnitril (Handelsname "-Dynel") benutzt wurde. Nach der f Herstellung von 200Q Kopien wurde ein deutlich sichtbarer Überzug aus Toner auf der Oberfläche des Photoleiters sichtbar; nach 3000 Kopien war die Verminderung der Kopienqualität so schwerwiegend, daß der Photoleiter ersetzt werden mußte.

Beispiel 2

Um die Brauchbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens auch für andere Entwicklungsmethoden unter Beweis zu stellen, wurde die in Fig. 3 gezeigte Kaskaden-Entwicklungsstation durch eine Magnetbürsten-Entwicklungsstation ersetzt. Die Magnetbürste besitzt einen rotierenden magnetischen Metallzylinder als Kern. Als Entwickler wurde eine Mischung aus harzbe··

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schichteten Stahlkügelchen (mittlerer Durchmesser 230 Mikron) als Trägerteilchen und der im ersten Beispiel verwendete Toner benutzt. Die Reinigungsstation wurde insofern verändert, als die einfache Bürste aus Beispiel 1 durch ein Paar von gegenläufigen Reinigungsbürsten ersetzt wurde. Diese besaßen einen Flor von 0, 625 Zoll Länge aus Polytetrafluorethylen auf einem Gewebe, das auf einem Päppkern von 1, 625 Zoll Durchmesser angebracht war. Die beiden Bürsten wurden parallel nebeneinander mit einer Überdeckung gegenüber der photoleitfähigen Trommel von 0, 125 Zoll angebracht und rotierten mit einer Geschwindigkeit von 1200 Upm, um auf diese Weise den zurückgebliebenen Toner durch das Gebiet zwischen den beiden Bürsten von der photoleitfähigen Oberfläche zu entfernen. Mit diesem Kopiergerät wurden 22 000 Kopien hergestellt, ohne daß ein Tonerfilm auf dem Photoleiter sichtbar wurde oder irgendeine Verminderung der Kopienqualität eintrat.

In einem Kontr olive r such wurden die nach der Erfindung hergestellten Bürsten durch "Dynel"-Bürsten ersetzt. Bereits nach der Herstellung von 1500 Kopien war die Oberfläche des Photoleiters mit einer solch starken Schicht von Tonermaterial überzogen, daß sie ersetzt werden mußte.

In den bisher beschriebenen Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde die Behandlung des Photoleiters immer im Zusammenhang mit der notwendigen Reinigung der Oberfläche des Photoleiters durchgeführt. Die Fasern aus Fluor-Kohlenwasserstoff-Polymerisat bildeten selbst den Vorrat an Behandlungsmaterial. Das erfindungsgemäße Verfahren kann natürlich auch durch Verwendung eines nicht zur Reinigung benutzten Gewebes durchgeführt werden, es können Kunstfasern verwendet werden, die nur eine Beschichtung aus Fluor-Kohlenwasser stoff- Polymerisat tragen oder beliebige andere Methoden zur Aufbringung einer dünnen Schicht von Fluor-Kohlenwasserstoff-Polymerisat auf die Oberfläche des Photoleiters während der Benutzung.

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Durch die Erfindung wird auch die Anzahl der zur Entwicklung elektrostatischer Bilder benutzbaren Materialien vergrößert, Es gibt beispielsweise Tonermaterialien, die hervorragende Eigenschaften aufweisen, jedoch, außergewöhnlich starke Filmbildung auf dem Photoleiter hervorrufen; ihre Benutzung in modernen Schnellkopiergeräten war aus diesem Grunde bisher nicht möglich. Durch die erfindungsgemäße Behandlung des Photoleiters können jetzt auch derartige Entwicklungsmaterialien verwendet werden.

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Claims

- 11 PATENTANSPRÜCHE

l\ Elektrophotographisches Verfahren zur Herstellung von Kopien, bei dem auf einem Photoleiter ein latentes Ladungsbild des Originals er-. zeugt, dieses Ladungsbild mit einem Toner entwickelt, d. h. sichtbar gemacht und das sichtbare Tonerbild auf die Kopie übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche des Photoleiters eine dünne Schicht aus einem. Fluor-Kohlenwasserstoff-Polymerisat aufgebracht und während des Kopierens aufrechterhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluor Kohlenwasserstoff-Polymerisat-Schicht durch Berühren der Photoleiter-Oberfläche mit einem Fluor-Kohlenwasserstoff-Polymerisat aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Berührung eine Relativbewegung zwischen der Photoleiter-Oberfläche und dem Fluor-Kohlenwasserstoff-Polymerisat stattfindet.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reinigungsvorrichtung zum Entfernen des nicht auf die Kopie übertragenen Toners von dem Photoleiter auch zum Aufbringen der Fluor-Kohlenwasserstoff-Polymerisat-Schicht auf den Photoleiter dient.
5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen

3 und 4, mit einem als umlaufende Trommel (21) ausgebildeten Photoleiter und einer Aufladevorrichtung (35), einer Belichtungseinrichtung (29, 31, 33), einer Entwicklungseinrichtung (38), einer Bildübertragungseinrichtung (43) und einer zur Entfernung des nicht auf die Kopie übertragenen Toners dienenden Reinigungseinrichtung (49j 50, 51, 52, 53), die sämtlich gegenüber der umlaufenden Trommel (21)

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ortefest angeordnet sind, wobei die Reinigung durch mindestens eine umlaufende Reinigungsbürste (49) vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Flor mindestens einer Reinigungsbürste (49) aus einem Fluor-Kohlenwasserstoff-Polymerisat besteht.

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