DE2064559A1

DE2064559A1 - Vorrichtung zur Entfernung von Teil chen von einer erhitzten Rolle

Info

Publication number: DE2064559A1
Application number: DE19702064559
Authority: DE
Inventors: Raghuhnga Reddy Webster N.Y. Thettu (V.St.A.)
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1969-12-30
Filing date: 1970-12-30
Publication date: 1971-07-15
Also published as: US3649992A; JPS5328777B1; DE2064559C3; DE2064559B2; CA980517A; GB1340684A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, D1PL.-PHYS. Dr. K. Fincke ^. Dipl.-Ing. F. A-Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

S MÜNCHEN 27, DEN C XD/2870 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER. 48 3921722

XEROX GOEPORAiDIOH, Xerox Square, Rochester, H.Y. 14603 / USA

Vorrichtung zur Entfernung von Teilchen von einer erhitzten

Rolle

Die Erfindung "betrifft eine Vorrichtung zur Entfernung von Teilchen von einer erhitzten Rolle und ist insbesondere zur Entfernung von Tonerteilchen von der Fixierrolle einer elektrophotographischen Reproduktionsmaschine geeignet.

Beim elektrophotographischen Verfahren, wie es "beispielsweise durch die US-Patentschrift 2 297 691 bekannt ist, wird eine Schicht eines photoleitfähigen Isolierstoffs auf leitfähiger Unterlage zur Erzeugung latenter elektrostatischer Bilder ver-* wendet. Normalerweise wird die Aufzeichnungsfläche hierbei gleichmäßig elektrostatisch geladen und dann mit einem zu reproduzierenden Bild belichtet, wodurch sie in den belichteten Flächenteilen entladen wird. Die nicht entladenen Bereiche er- · zeugen so ein elektrostatisches Ladungsmuster, dessen Verteilung derjenigen des Originalbildes entspricht.

Dieses latente elektrostatische Bild kann dann durch Berührung mit einem feinverteilten, elektrostatisch anziehbaren Material, beispielsweise mit einem Pulver, entwickelt werden. Dieses wird

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in den Bildflächenteilen durch die.elektrostatischen Ladungen der Schicht festgehalten. An den Stellen größter Ladungsdichte 'wird die größte Pulvermenge abgelagert, an den Stellen kleinster Ladungsdichte wird kein oder nur wenig Pulver abgelagert. Auf diese Weise entsteht ein Tonerbild, das dem zu reproduzierenden Bild entspricht. Das Tonerbild kann dann auf ein Papierblatt oder einen anderen Bildträger übertragen und auf diesem zur Bildung eines dauerhaften Druckes fixiert werden.

Eine Fixiervorrichtung für das Tonerbild kann beispielsweise derart arbeiten, daß das Papierblatt mit dem darauf enthaltenen Bild zwischen zwei Rollen hindurchgeführt wird. Die das Tonerbild berührende Rolle wird beispielsweise durch eine äußere Wärmequelle erhitzt, wodurch die Wärmeenergie auf die Bildfläche übertragen wird. Bei Bewegung dieser Rollen mit dem die erhitzte Rolle berührenden Toner wird der Toner auf dem Papierblatt fixiert. - .

Bei derartigen Vorrichtungen sowie auch bei anderen Wärmefixiervorrichtungen muß sichergestellt sein, daß unerwünschte Tonerteilchen von der erhitzten Fixierrolle entfernt werden, bevor diese mit einem zu kopierenden Bild in Kontakt kommt. Ist diese Reinigung nicht gewährleistet, so können sich .Tonerteilchen auf der Oberfläche der Fixierrolle ansammeln und die Qualität der Fixierung verringern, indem die Einschmelzeigensehaften der Fixierrolle verschlechtert werden. Ferner können solche unerwünschten Tonerteilchen von der Fixierrolle bei ihrem Kontakt mit dem jeweiligen Kopieblatt entfernt werden, so daß dadurch Tonerteilchen auf dem Kopieblatt in nicht zum Bild gehörenden Flächenteilen, fixiert werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einwandfreie Reinigung einer erhitzten Rolle von darauf befindlichen Teilchen zu gewährleisten. Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine zylindrische Rolle durch eine Einstellvorrichtung mit der erhitzten Rolle in Rollberührung bewegbar ist.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitendarstellung eines Teils einer automatischen Reproduktionsmaschine, die mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstet ist,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Teils der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung und

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer Abänderung der erfindungsgemäßen Reinigungsrolle„

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung innerhalb einer automatisch arbeitenden elektrophotographischen Reproduktionsmaschine dargestellt. Diese Reproduktionsmaschine enthält eine elektrophotographische Aufzeichnungsfläche 10, die die Oberfläche einer Trommel ist. Die Trommel ist mit einer photoleitfähigen Schicht als lichtempfindliche Oberfläche auf leitfähiger Unterlage versehen und im Maschinenrahmen in der dargestellten Pfeilrichtung drehbar gelagert. Durch die Drehung wird die Trommeloberfläche nacheinander an mehreren elektrophotographischen Verfahrensstationen vorbeibewegt. Diese Verfahrensstationen werden im folgenden hinsichtlich ihrer Funktion kurz beschrieben:

An einer Ladestation A wird eine gleichmäßige elektrostatische Ladung auf die photoleitfähige Aufzeichnungsfläche aufgebracht j

an einer Belichtungsstation B wird ein Licht- oder Strahlungsmuster eines zu reproduzierenden Bildes auf die Aufzeichnungsfläche projiziert, um deren Ladung in den bestrahlten Bereichen abzuleiten und ein latentes elektrostatisches Bild zu erzeugen;

an einer Entwicklungsstation C wird ein elektrophotographischer Entwicklerstoff, der Tonerteilchen mit einer elektrostatischen Ladung entgegengesetzt derjenigen des latenten elektrostatischen Bildes enthält, über das latente elektrosta-

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tische Bild kaskadiert, um ein Tonerbild zu erzeugen, das dem zu reproduzierenden Bild entspricht;

an einer Bilditbertragungsstation D wird das Tonerbild elektrostatisch von der Aufzeichnungsfläche auf ein Kopieblatt übertragen und

an einer Trommelreinigungs- und Entladungsstation E wird die Aufzeichnungsfläche abgebürstet, um nach der Bildübertragung noch anhaftende restliche Tonerteilchen zu entfernen· Ferner wird sie mit einer relativ hellen Lichtquelle beleuchtet, um eine praktisch vollständige Ableitung jeglicher elektrostatischer Restladungen zu erzielen.

Diese Erläuterung der verschiedenen Verfahrensstationen recht zum Verständnis der Punktionsweise einer elektrophotographischen Reproduktionsmaschine aus.

In den Figuren ist innerhalb der kontinuierlich und automatisch arbeitenden elektrophotographischen Reproduktionsmaschine eine elektrophotographische Fixiervorrichtung 14 angeordnet, die eine Fixierrolle 16 und eine Andruckrolle 18 enthält. Die Fixierrolle ist unter der Andruckrolle angeordnet, so daß sie die Fläche eines mit einem Tonerbild versehenen Kopieblattes berührt, wenn dieses von der elektrophotographischen Trommel abgelöst und der Fixiervorrichtung zugeführt wird. Dabei haftet das Tonerbild an der unteren Fläche des Kopieblattes an. Eine Fixiervorrichtung dieser Art ist an anderer Stelle eingehender beschrieben. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, hat die Fixierrolle 16 einen Metallzylinder 22, der durch eine Hülle 24 beispielsweise aus Siliconkautschuk umgeben ist. Die Hülle hat eine ausreichende Stärke und Geschmeidigkeit, um eine Verformung an dem Bereich 26 zu ermöglichen, wenn die obere Rolle eine Druckeinwirkund *uf sie ausübt. Die Hülle ist wiederum mit einem dünnen Überzug 28 einer bei Raumtemperatur vulkanisierenden Verbindung versehen, beispielsweise mit dem Material Dow Corning Agent 236, das durch die Dow Corning Company hergestellt wird. Dieses Material ist stark reflektierend» bo daß es vorzugsweise mit ca. 5 Gew.# Dow Corning RTV 735-Klebstoff gemischt

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wird, wodurch die Reflexionsqualität des Grundmaterials verringert wird, ohne die Ablösungseigenschaften zu beeinträchtigen. Dadurch wird die Wärmeabsorption des Überzugs mit der Hülle wesentlich verbessert. Bin überzug dieser Art dient als Ablösungsmittel für die aus Kunstharz bestehenden Tonerteilchen, die in Kontakt mit dem Überzug gebracht werden, während die Hülle als eine Wärmesperre gegenüber der Lagerstruktur der Rolle dient.

Die oben angeordnete Andruckrolle 18 hat einen Metallzylinder 30, der auf seiner Achse 32 mit Endverschlußkappen 34 befestigt ist. Ein Überzug 36 aus einem isolierenden, abhäsiven Material wie z.B. Teflon umgibt den Zylinder 30 und ist ausreichend hart, um die Fixierrolle bei Druckeinwirkung zu verformen. Der Bereich dieser Verformung am Spalt 26 zwischen den beiden Rollen ist der Pixierbereich. Die obere Rolle kann mit Lagerungen derart versehen sein, daß sie bei -^etriebspausen von der unteren Rolle weggeschwenkt werden kann. Die unten angeordnete Fixierrolle 16 hat wie die Andruckrolle 18 isolierende Abschlußkappen 40, die eine Lagerung mit der Achse 44 im Maschinenrahmen ermöglichen. Die Rollen werden mit einem normalen Antriebsmotor angetrieben. Sie haben eine Länge, die der Breite des zu fixierenden Kopieblatts entspricht.

Die unten angeordnete Fixierrolle ist mit einer Wärmequelle gekoppelt, beispielsweise mit einer Quarzlampe 46, die am Rahmen der Fixiervorrichtung befestigt ist und über die gesamte Länge der unteren Rolle verläuft, ihre Achse liegt der Rollenachse parallel. Die Lampe ist durch einen Reflektor 43 umgeben, der gleichfalls über die Länge der unteren Rolle verläuft und mit einem thermieoh isolierenden Material 50 hinterlegt ist. Die Lampe 46 und die beiden in der Fixiervorrichtung vorgesehenen Rollen sind mit ihren Aohsen horizontal angeordnet.

Die Fixierung erfolgt nach dem Prinzip des Einschmelzens ther- Miioh kleiner Massen. Wird der Fixierrolle durch die Lampe und den Reflektor Wärme zugeführt, so wirkt ihre Hülle als eine

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Sperre für die von außen zugeführte ^ärme. Dadurch werden Wärmeverluste infolge Ableitungen über die Rollenlagerung vermieden» Somit ist eine Nutzung praktisch der gesamten durch die lampe erzeugten Wärme für die Fixiereinschmelzung möglich, abgesehen von geringen Strahlungs- und Leitungsverlusten. Die Anheizzeit für Heizelemente dieser Art ist relativ kurz, da die gesamte Masse der Fixierrolle nicht auf die Fixiertemperatur gebracht werden muß· Die auf die Außenfläche der Rolle übertragene Wärme steht praktisch insgesamt für eine elektrophotographische Hochgeschwindigkeitsfixierung zur Verfügung.

Während des Fixiervorgangs wird das Kopieblatt, welches ein Tonerbild durch elektrostatische Haftung trägt, in den Spalt zwischen den beiden- Rollen eingeführt, wobei das Tonerbild die Fixierrolle berührt. Die einwirkende Wärme ist derart, daß sich unter normalen Bedingungen keine Verlagerung der Toner- . teilchen vom Kopieblatt auf die Fixierrolle ergibt. Die auf die Oberfläche der Rolle übertragene Wärme reicht nämlich zur Erhöhung der Temperatur der Oberfläche der Rolle über die zu einer solchen Verlagerung der Tonerteilchen erforderliche Temperatur nicht aus. Bei einer solchen Temperatur würden die Tonerteilchen in den Bildflächenteilen des Tonerbildes nämlich verflüssigt und in ihrem mittleren Teil eine Scherungswirkung erfahren, so daß sie verlagert würden. Diese Scherungswirkung tritt auf, wenn die zwischen den Teilchen wirkenden und die viskose Tonermasse zusammenhaltenden Kräfte geringer sind als die die Verlagerung auf eine berührende Fläche bewirkenden Oberflächenkräfte. Gelegentlich werden jedoch fremde Tonerteilchen auf die Fixierrolle übertragen, wenn die Wärme fehlerhaft auf ihre Oberfläche übertragen wird, wenn ihre Oberfläche mit Ungenauigkeiten versehen ist oder wenn die Tonerteilchen nicht ausreichend am Kopieblatt durch elektrostatische Kräfte anhaften. In diesem Fall können solche Tonerteilchen auf die Oberfläche der Fixierrolle im Fixierbereioh übertragen werden.

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Um die mit der Übertragung der Tonerteilchen auf die Fixierrolle verbundenen Probleme der Störung nachfolgend zu fixierender Tonerbilder auf demselben oder einem nächsten Kopieblatt zu vermeiden, ist eine Reinigungsvorrichtung 54 vorgesehen, die auf die Fixierrolle an einer Stelle vor der Wärmequelle einwirkt .

Die Reinigungsvorrichtung 54 enthält eine zylindrische Achse oder einen Stab 56, der einen kreisförmigen Querschnitt hat und über zumindest die Länge der Oberfläche der Fixierrolle verläuft. Er hat zu ihr einen vorbestimmten Abstand. Eine Einstellvorrichtung 58 mit einem in Gewindebohrungen des Maschinenrahmens angeordneten Einstellbolzen, der auch durch eine entsprechende Bohrung in dem Stab geführt ist, kann an jedem Ende des Stabs vorgesehen sein, um seine Einstellung zur Fixierrolle zu ermöglichen und sein Auswechseln zu erleichtern. Auf dem Stab sind mehrere scheibenartige Reinigungsrollen 60 angeordnet, die einen zylindrischen Querschnitt und einen Innendurchmesser haben, der etwas größer als der Außendurchmesser des Stabes ist. Der Außendurchmesser ist derart, daß alle diese Rollen in Rollberührung mit der Fixierrolle stehen. Der Stab ist mit den Rollen parallel zur Längsachse der Fixierrolle angeordnet. Entfernbare Abschlußkappen 62 können an einem oder beiden Enden des Stabes vorgesehen sein, um die Entfernung oder das Auswechseln der einzelnen Rollen zu ermöglichen. Die Innenflächen und die Außenflächen der Rollen sind konzentrisch zueinander, so daß ihre Rolleigenschaften dadurch verbessert werden. Der Stab kann an verstellbaren Rahmenteilen befestigt sein, so daß er in Betriebspausen von der Fixierrolle wegbewegt werden kann.

Die Reinigungsrollen bestehen vorzugsweise aus einem abnutzungsfesten Material, das ein guter Wärmeleiter ist und als Wärmesumpf wirkt. Messing, Edeletahl, Aluminium oder kaltgewizter Stahl können zu diesem Zweck verwendet werden. Der Stab besteht vorzugsweise aus einem harten, abnutzungsfesten Material wie z.B. kaltgewalztem Stahl, der gleichfalls ein guter Wärmeleiter ist und als Wärmesumpf wirkt.

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Beim Betrieb der Anordnung während des Fixierens von Tonerbildern auf Kopieblättern befindet sich die Fixierrolle mit den Reinigungsrollen in Berührung, so daß diese gleichartig gedreht werden. Befinden sich an der Berührungsstelle mit den Reinigungsrollen keine Tonerteilchen auf der Fixierrolle, so drehen sich die Reinigungsrollen lediglich in Rollberührung. Sind jedoch aus irgendeinem Grund Tonerteilchen auf der Fixierrolle vorhanden, so berühren sie die Reinigungsrollen und gehen auf sie über. Die übertragenen Tonerteilchen kühlen dann ab und verfestigen sich auf den Reinigungsrollen, bevor sie erneut mit der Fixierrolle in Berührung kommen.

Da ein geringer Unterschied des Durchmessers des Stabs zum Innendurchmesser der Reinigungsrollen vorhanden ist, hat eine leichte Toneransammlung auf jeder der Reinigungsrollen keine Auswirkung auf die Betriebsweise der gesamten Vorrichtung, da die Reinigungsrollen mit einer Toneransammlung lediglich um eine Achse gedreht werden, die etwas gegenüber ihrer vorherigen Achse versetzt ist. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist die Achse des Stabes 56 gegenüber der durch die Achse der Fixierrolle verlaufenden vertikalen Ebene versetzt, so daß Toneransaamlungen auf einer Reinigungsrolle die Drehachse der Reinigungsrolle leicht verlagern können und doch noch eine gute Rollberührung mit der Fixierrolle erhaltenbleibt.

Während des Fixier- und des Reinigungsvorgangs muß die Temperatur des Toners zwischen der warmen Verlagerungstemperatur und der kalten Verlagerungstemperatur gehalten werden« Würde die Temperatur des Toners über die warme Verlagerungstemperatur in der Fixierzone oder der Reinigungszone ansteigen, so würde das viskose Tonermaterial eine Scherungswirkung erfahren, wobei ein Teil des Toners auf die Fixierrolle in der Fixierzone übergehen oder in der Reinigungszone auf der Fixierrolle verbleiben würde. Der gleiche Zustand wäre die Folge, wenn die Temperatur des Toners unter der kalten Verlagerungstemperatur liegen würde. Hält man die Tonertemperatur zwischen diesen

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beiden Werten, so kann die Scherungseinwirkung auf den Toner gesteuert werden.

.Der Grund dafür, daß der viskose Toner nicht im Fixierbereich auf die Fixierrolle übergeht, sondern im Reinigungsbereich auf die Reinigungsrolle übergeht, wenn die Temperatur zwischen der heißen und der kalten Verlagerungstemperatur gehalten wird, ist noch nicht geklärt. Man nimmt an, daß diese Erscheinung eine Folge der Oberflächenenergie des verwendeten Materials ist. Die Oberflächenspannung ist eine pro Flächeneinheit auftretende Kraft, die eine Funktion der Eigenschaften zugeordneter und berührender Stoffe ist und die eine Anziehung oder Ablösung eines Materials von oder auf eine andere Fläche bewirkt. In dem Fixierbereich hat die Oberflächenenergie des Kopieblatts eine größere Anziehungswirkung auf den Toner als die eine Ablösung bewirkende Oberfläche der Fixierrolle. Daher wird viskoser Toner auf dem Kopieblatt gehalten. Im Reinigungsbereich ist die Oberflächenenergie zwischen der Reinigungsrolle und dem Toner größer als die Oberflächenenergie zwischen der Fixierrolle und dem Toner. Daher wird der viskose Toner auf die berührenden Reinigungsrollen übertragen.

Es sei bemerkt, daß die Reinigungsrollen einen Teil der von der Lampe 46 erzeugten Wärme aufnehmen. Dadurch werden diese zu einem !Teil ausreichend erhitzt, um den Toner auf eine geeignete Temperatur zu bringen, wenn die Vorrichtung nach Stillsetzung erneut eingeschaltet wird und sich Toner vor der Reinigungsrolle noch auf der Fixierrolle befindet. Die Anordnung der Reinigungsrolle mit Abstand zum Fixierbereich ermöglicht eine Reinigung mit einer Temperatur leicht unter der Fixiertemperatur. Dies begünstigt die Reinigungswirkung, da die Fixiertemperatur in einigen Fällen auch über die warme Verlagerungstemperatür ansteigen kann.

£· hat sloh gezeigt, dad die Oberflächen der Reinigungerollen mit verschiedenen Materlallen überzogen werden können, die die Oberfläohenenergie nloht verringern und somit den vorstehend

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beschriebenen Zusammenhang der auftretenden Kräfte nicht stören. Eine solche Rolle 64 ist in Fig. 3 dargestellt. Trägt sie beispielsweise einen Überzug 68 aus einer dünnen, dauerhaft eingeschmolzenen, auflackierten oder anderweitig aufgebrachten Tonerschicht auf dem als Rolle 60 ausgebildeten Kern 66, so erfolgt eine Übertragung fremder Tonerteilchen auf diese Rolle in verbesserter Weise. Typische Tonermaterialien sind in der US-Patentschrift Re. 25»136 beschrieben. Die beschichtete Reinigungsrolle zieht Papierteilchen an, indem die Oberflächenkräfte der warmen Tonerschicht auf die trockenen Teilchen einwirken.

Da elektrophotographische Kopien in ihrem mittleren Teil im allgemeinen mehr Bildflächen und höhere Tonerkonzentration aufweisen, hat sich gezeigt, daß der mittlere Teil der Reinigungsvorrichtung oder die mittleren Reinigungsrollen eine größere Toneransammlung aufnehmen,, In diesem Fall kann die Reinigungsvorrichtung durch Entfernen der Abschlußkappen 62 auseinandergenommen werden, wobei jede mit einer zu starken Toneransammlung versehene Reinigungsrolle gegen eine saubere Reinigungsrolle ausgewechselt werden kann. Die an den Enden des Stabes vorgesehenen Reinigungsrollen können in den mittleren Bereich gesetzt werden, während die vorher in der Mitte angeordneten Rollen an die Enden gesetzt werden. Auf diese Weise ist eine längere Betriebszeit der Reinigungsvorrichtung ohne Auswechseln der verschmutzten Rollen möglich.

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Claims

- 11 Patentansprüche

Vorrichtung zur Entfernung von Teilchen von einer erhitzten Rolle, dadurch gekennzeichnet, daß eine zylindrische Rolle (60) durch eine Einstellvorrichtung (56) mit der erhitzten Rolle (16) in Rollberührung bewegbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, zur Reinigung der Fixierrolle einer elektrophotographischen Reproduktionsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung (56) ein unter vorbestimmtem Abstand zur Außenfläche der Fixierrolle (16) angeordneter Stab (56) ist, dessen Außendurchmesser etwas geringer als der Innendurchmesser der zylindrischen Rolle (60) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse des Stabes (58) parallel zur Längsachse (44) der Fixierrolle (16) und gegenüber einer durch die Längsachse (44) der Fixierrolle (16) verlaufenden vertikalen Ebene versetzt angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (58) fest angeprdnet und aus einem wärmeleitfähigen Material gebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Rolle (60) aus einem wärmeleitfähigen Material besteht.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Rolle (60) aus .mehreren scheibenförmigen Einzelrollen (60) besteht, deren Innen- und Außenflächen konzentrisch zueinander sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelrollen (60) aus värmeleitfähigem Material (6) beste-

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hen und mit einem Überzug aus einem dauerhaft aufgebrachten Tonermaterial (68) versehen sinde
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Anordnungen (62) zur lösbaren Befestigung der Einzelrollen (60) auf dem Stab (56) vorgesehen sind.

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