DE2554819A1

DE2554819A1 - Uebertragungsrolle fuer ein elektrostatographisches kopiersystem

Info

Publication number: DE2554819A1
Application number: DE19752554819
Authority: DE
Inventors: Daniel Stanley Hoffman; John Maksymiak
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1975-02-06
Filing date: 1975-12-05
Publication date: 1976-08-19
Also published as: US3942888A; FR2300359A1; NL7514883A; JPS51103437A

Description

P,aT»£NTAN\/VÄ.LTE A. GRUNECKER

H. KINKELDEY W. STOCKMAIR

C. 0 0 H O I vJ _K SCHUMANN

Da Rc-.^rt N^r - an.-f-iys

P. H. JAKOB

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G. BEZOLD

Dft REB ΝΑΓ - D-⁰L-C¹HbM

MÜNCHEN

E. K. WEIL

DH RSR. 06C INfc

LINDAU

8 MÜNCHEN 22 Maximilianstrasse; ·ια

5. Dezember 1975

p 9710

XEROX GOaPOHATlON

Xerox Square, Rochester, Hew York 14-644-, USA

Übertragungsrolle für ein elektrostatographischea Kopiersystem

Die Erfindung "betrifft ein elelctrostatographisches Kopiersystem, in dem von einer Bildträgerfläche ein Bild auf Kopieblätter eines bestimmten Dickenbereiches und einer vorgegebenen maximalen Breite übertragbar ist und bei dem eine Übertragungs~ rolle mit dem Bildträger einen Übertragungsspalt bildet, durch den die Kopieblätter zur Bildübertragung gegenüber dem Bildträger laufen, wobei eine Andrückeinrichtung vorgesehen ist, um die Übertragungsrolle mit einer vorgegebenen Gesamtkraft gegen den Bildträger zu drücken.

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TELEFON (039)22 38 63 TELEX O5-29 3BO TELEeRAMME MONAPAT

In einer herkömmlichen Übertragungsstation für die Elektrostatographie wird Toner (Bildentwicklungsmaterial) von dem Photorezeptor (der ursprünglichen Bildträgerfläche) auf da3 Kopieblatt (die endgültige Trägerfläche oder das Übertragungselement) übertragen. Der Toner wird dann auf dein Kopieblatt fixiert, im typischen Fall in einer nachfolgenden Schmelzstation.

In der Xerographie wird diese Übertragung am häufigsten durch elektrostatische Kraftfelder bewirkt, die durch gleichpolige Ladungen erzeugt werden, welche auf die Rückseite des Kopieblattes oder nahe daran angebracht werden, während die Vorderseite des Kopieblattes mit der tonertragenden Photorezeptorflä~ ehe in Kontakt kommt. Das Übertragungsfeld muß stark genug sein, um die den Toner auf dem Photorezeptor festhaltenden Kräfte zu überwinden und den Toner auf das Kopieblatt herüberzuziehen. Diese Übertragungsfelder werden im allgemeinen auf zwei verschiedene Arten vorgesehen: Entweder durch Ionenemission von einem Übertragungskorotron auf das Kopiepapier, wie in der ÜS-PS 2 807 233, oder durch eine mit Gleichspannung vorgespannte Übertragungsrolle oder ein ebensolches Band, die auf der Rückseite des Kopiepapiers entlangrollen und das Kopiepapier gegen den Photorezeptor halten·

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Übertragungssysteme mit einer vorgespannten Übertragungsrolle. Beispiele dafür sind in den folgenden US-PS'n beschrieben: 2 807'233; 3 043 684? 3 267 840; 3 328 193; 3 598 580; 3 625 146; 3 630 591; 3 684 364; 3 691 993; 3 702 482; 3 781 105; 3 832 055 und 3 847 478, Die Erfindung ist besonders zweckmäßig als Verbesserung in jedem System, in dem der Spaltdruck kritisch oder empfindlich ist, beispielsweise bei Systemen, in denen die Solle aus einem elastischen halbleitenden oder elektrisch ent« epannbaren Material konstruiert ist, wie in den oben angeführten Patentschriften 3 781 105 und 3 702 482 beschrieben.

Die Schwierigkeiten einer erfolgreichen elektrostatographi-

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sehen Bildübertragung sind bekannt. In äeia Torapalt, d.i. dem. Bereich, vor der Übertragung, bevor das Kopiepapier mit dem Bild in Berührung kommt, unterliegt das Tonerbild bei hohen Übertragungsfeldern einer vorzeitigen Übertragung durch einen zu großen luftspalt, was zu einer schlechteren Bildauflösung und im allgemeinen zu verschwommenen Bildern führt. Venn es außerdem zu einer Vorspaltionisation kommt, kann die3 Strobefehler, einen Verlust an Übertragungseffizienz oder fleckige Übertragung und einen geringeren Spielraum für den zweckmäßigen Betrieb des Systems verursachen. Wenn im ITaeh3palt, d.i. im Bereich der Trennung des Papiers vom Photoleiter, die Übertragungsfelder zu sehwach sind (z.B. geringer als etwa 12 ToIt pro Mikron für Striche und 6 ToIt pro Mikron für volle Flächen), können hohle Zeichen erzeugt werden, speziell bei weichen Papieren, großen Höhen der Tonerschieht und hohen Spaltdrucken (größer als etwa 0,07 kg/cm ). Wenn die Felder in gewissen Be~ reichen des Hachspaltes sonstwie falsch sind, kann die entstehende Ionisation eine Instabilität des Bildes und ein Ablösen des Papiers verursachen. Im Spaltbereich selbst dagegen müssen, um eine hohe Übertragungseffizienz zu erreichen und eine Rück— übertragung zu vermeiden, die Übertragungsfelder so groß wie möglich sein (größer als annähernd 20 ToIt pro Mikron). Diese angestrebten unterschiedlichen und unsymmetrischen Felder in den benachbarten Bereichen stetig und mit geeigneten Übergängen zu erzeugen, ist schwierig, besonders wenn die Luftspalte von der symmetrischen Form einer zylindrischen Holle begrenzt sind.

Der Übertragungs- oder Spaltdruck (die mechanische Kraft pro Kontaktflächeneinheit) kann ein kritischer Faktor in vi«len Übertragungssystemen mit vorgespannter Übertragungsrolle sein. Ein Problem ist der mechanische Druck, der im Rollenspalt erzeugt wird und zu einem Kopiefehler beiträgt, der mit hohlen Zeichen bezeichnet werden kann. Man hat beobachtet, daß ein geringerer Rollendruck zu einer geringeren Bildung hohler Zeichen führt. In welchem Maß jedoch die Andruckkraft der Rolle

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und der daraus entstehende Druck bei einer üblichen Rolle herabgesetzt werden kann, ist durch Rücksichten bei der meehanisehen Konstruktion auf das Schlagen und Vibrieren der Rolle begrenzt, d.h. eine zu geringe mechanische Andruckkraft der Rolle kann andere schwerwiegende Kopienxängel verursachen.

Da3 erfindungsgemäße Übertragungssystem ist bestrebt, viele der oben erwähnten Schwierigkeiten mit einer sehr einfachen und kostengünstigen Übertragungsrollenkonstruktion zu beseitigen. Es kann zur Übertragung mit einer Bildträgerfläche jeder gewünschten Konfiguration, etwa einem Zylinder oder einem Band, verwendet werden. Es kann auch zur Übertragung auf eine Zwischenfläche anstelle der endgültigen Kopiefläche dienen und für Duplex- oder Simplex-Übertragungssysteme. Wenn hierin von Kopien und Kopieblättern die Rede ist, so sollen darunter auch fortlaufende Bahnen usw. verstanden sein.

In dem erfindungsgemäSen Übertragungssystem hat die Übertragungsrolle geringe Unterschiede in ihrem Durchmesser, um den Übertragungsspaltdruck zu steuern. Gemäß der Erfindung ist der Außendurchmesser der Übertragungsrolle derart abgestuft, daß ein Großteil der Andruckkraft der Rolle von Stufen mit etwas größerem Durchmesser absorbiert werden kann, die außerhalb des Kopieblattbereiches angeordnet sind, so daß in dem Übertra— gungsspalt sehr viel geringere Drucke erzielt werden. Auf diese Weise kann die fehlerhafte Bildung hohler Zeichen reduziert werden und zugleich eine hohe Andruckkraft der Rolle vorgesehen werden.

Die oben erwähnten und andere Veröffentlichungen lehren Einzelheiten verschiedener geeigneter xerographischer oder anderer elektrostatographischer Konstruktionen, Materialien, Systeme und Punktionen, die dem Fachmann bekannt sind und auf die hiermit verwiesen wird.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungs-

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beispisls anhand der beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:

5¹Xg.1 einen Schnitt durch die Mitte eines erfindungsgemäßen Übertragungssystems mit vorgespannter Rolle?

Fig.2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der I¹Xg. 1? und

I¹Ig.3 einen Schnitt nach der linie 5-5 der Pig.1, wobei die Dicke des Kopieblattes und der Durchmesser der Rollenstufen übertrieben dargestellt sind.

In den Pig.l und 2 ist eine Übertragungsstation eines elektrostatographischen Kopiersystems 10 gezeigt, das als Beispiel dient und im übrigen von herkömmlicher Art ist. Das Kopiersystea hat eine zylindrische Übertragungsrolle 12, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. Die zylindrische Außenfläche 14 der Übertragungsrolle 12 wird gegen die Bildträgerflache 16 eines gebräuchlichen Photorezeptors 18 gedrückt, um einen Übertragungsspalt 20 zu bilden. Tonerpartikeln werden von der Bildträgerfläche 16 auf die gegenüberliegende Pläche eines Kopieblattes 24 übertragen, während dieses durch den Übertra— gung3apalt 20 läuft. Das Kopieblatt 24 wird von der Übertragungsrolle 12 gegen die Bildträgerfläche 16 gepreßt und die Übertragung geschieht mit Hilfe elektrischer Übertragungsfelder, die zwischen der Übertragungsrolle 12 und der Bildträgerfläche 16 erzeugt werden. Zur Erzeugung dieser Übertragungsfelder wird von einsr Yorspannungsquelle 26 eine elektrische Vorspannung an einen leitenden Kern 28-der Übertragungsrolle 12 angelegt und für den Photorezeptor 18 wird ein geerdetes Substrat vorgesehen. Es wird angenommen, daß auf der Bildträgerfläche mit Hilfe geexgneter herkömmlicher elektrostatographischer Vorgänge vor den Eintritt in die Übertragungsstation ein bildmäßies !Donermuster geformt worden ist.

Die vorgespannte Übertragungsrolle 12 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein zylindrisches Metallrohr ο.dgl. auf, das einen leitenden Kern 28 bildet und in vorliegendem Pail mit einer homogenen und praktisch gleichmäßigen Schicht 30 aus einem elastischen Material bedeckt ist, die die AuSan-

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fläche 14 der Rolle bildet. Diese Material schicht 30 ist vorzugsweise elektrisch halbleitend oder entepannbar, wie dies in den oben erwähnten Patentschriften 3 781 105 und 3 702 482 beschrieben oder in dar Übertragungsrolle der auf dem Markt befindlichen Xerox "9200"-Schnellkopiermaschine -verwirklicht ist.

Diese zylindrische und elastisch deformierbare integrale Aussenf lache 14 der Übertragungsrolle 12 hat im vorliegenden Fall einen Mittelteil 32 und jeweils einen integralen Endteil 34 und 36 an jedem Ende des Mittelteils 32. Der Mittelteil 32 hat einen konstanten ersten Durchmesser und reicht mit seiner länge entlang der Achse der Übertragungsrolle 12 über eine Strecke, die größer ist als das vorgegebene maximale Seitenmaß aller für die Verwendung in der Vorrichtung bestimmten Kopieblätter 24. Dieses maximale Seitenmaß der Kopieblätter hängt natürlich davon ab, ob die Kopieblätter der länge nach oder der Breite nach durch den Übertragungsspalt 20 transportiert werden·

Die Endteile 34 und 36 haben einen gleichen zweiten Durchmesser, der geringfügig größer ist als der erste Durchmesser des Mittelteils 32. Das bedeutet, daß die Endteile 34 und 36 zylindrische Stufen sind, die von dem Mittelteil 32 geringfügig und gleichmäßig radialwärts vorstehen. Die Endteile 34 und 36 befinden sich vollständig außerhalb und in einem Abstand von dem Spaltbereich 20, in dem die Übertragung von der Bild trägerfläche 16 auf das Kopieblatt 24 stattfindet. Die Stufen 34 und 36 an den beiden Enden sind also unmittelbar im Kontakt mit der Bildträgerflache 16 und rollen auf dieser ab. Dabei befindet sich zu keinem Zeitpunkt irgendein Teil des Kopieblattes 24 zwischen einem der Endteile 34 oder 36 und der Bildträgerfläche 16, im Gegensatz zum Mittelteil 32. Eine Leitplatte 25 für die Kopieblätter im Torspalt sorgt für den Kontakt des Kopieblattes 24 mit der Bildträgerflache 16 vor dem Eintritt des Blattes in den Spalt 20 unter dem Mittelteil 32.

Was den mechanischen Andruck der Übertragungsrolle 12 gegen die Bildträgerfläche 16 anlangt, so kann dieser auf verschiede-

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ne übliche mechanische Weise hergestellt werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei übliche konische Endlager 38 und 39 vorgesehen, die eine Drehverbindung mit dem Inneren des metallischen Kerns 28 der Übertragungsrolle 12 herstellen. Pfeile 40 bzw. 41 deuten Kraftvektoren an, die einen Druck über diese Endlager 38 und 39 auf die Übertragungsrolle 12 in Richtung der Bildträgerfläche 16 ausüben. Diese Kraft kann von Federn, Gewichten, Solenoiden oder irgendeinem anderen geeigneten oder üblichen Krafterzeugungssystem aufgebracht werden. Dabei kommt eine voreingestellte Gesamtkraft 40-41 zustande, die die Übertragungsrolle 12 gegen die Fläche 16 dea Bildträgers, d.h. des Photorezeptor3 18 drückt. Diese Vorbelastung der Rolle muß natürlich durch den Druck der Rolle gegen den Photoreaeptor mal der Kontaktfläche aufgenommen werden.

Was nun speziell die Unterschiede zwischen den zwei verschiedenen, quer zur Achse der Übertragungsrolle 12 geschnittenen Darstellungen der Fig.2 und 3 anlangt, so sieht man deutlich, daß der Druck und die Deformation der End teile 34 und 36 viel größer sind als diejenigen des Mittelteils 32 der Rolle. Die Radien der Endteile 34 und 36 sind sehr viel stärker deformiert, d.h. ihre Radien im Kontaktbereich mit der Bildträgerfläche 16 sind sehr viel mehr reduziert gegenüber ihren normalen unkomprimierten Radien, als dies im Mittelbereich 32 der Fall ist. Aufgrund der im Verhältnis größeren Deformation der Endbereiche 34 und 36 ist deren Kontaktfläche mit der Bild trägerfläche 16 pro Längeneinheit der Übertragungsrolle 12 größer. Die radiale Erhöhung der Stufe im unkomprimierten Zustand an den Endteilen 34 und¹ 36 über den Mittelteil 32 und die axiale länge dieser Stufen, sowie der Verformungswiderstand des dafür gewählten Materials sind solcherart, daß der-Druck der Endbereiche 34 und 36 gegen die Bildträgerfläche 16 sehr viel größer ist als der Druck des Mittelteils 32 gegen das Kopieblatt 24.

Der höhere Druck in dem Kontaktbereich der Endteile 34 und 36 liefert eine gesamte Kontakt- oder Auflagekraft für die Über-

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tragungsrolle 12, die mehr als die Hälfte der gesamten Vorbelastungskraft 40-4-1 beträgt, die an die Übertragungsrolle 12 angelegt ist. Somit wird mehr als die Hälfte der Kraft, die sonst nahezu vollständig von dem Mittelteil 32 auf das Kopieblatt 24 übertragen würde, stattdessen von den End teilen 34 und 36 aufgenommen. Damit dies möglich ist, haben die Endteile und 36 eine unkomprimierte Stufenhöhe oder eine radiale Ausdehnung über den Mittelteil 32 hinaus, die größer ist als die maximale Dicke des Kopieblattes 24 im Spalt 20. Jedoch darf diese Stufenhöhe nicht merklich größer sein als die maximale Papierdicke, beispielsweise annähernd 0,06 cm, um zu verhindern, daß der Mittelteil 32 überhaupt keinen Kontakt mehr mit dem Kopieblatt 24 hat oder weniger als das gewünschte Druckminimum auf das Kopieblatt ausübt. Das Kopieblatt 24 mu3 stets in dem Spalt von dem Mittelteil 32 gleichmäßig gegen die Bildträgerfläche 16 gepreßt werden, damit man eine zuverlässige Übertragung erzielt. Die Breite der Endteile 34 und 36, d.i. ihre Jiänge in Achsrichtung, ist vorzugsweise nur ein kleiner Teil der axialen Länge des Mittelteils 32, um für eine geeignete gesamte Vorbelastung eine größere Deformation zu ermöglichen. Je nach dam Material der Schicht 30 der Übertragungsrolle kann beispielsweise eine axiale Länge zwischen 1 und 3 cm gewählt werden. Die Schicht 30 der Übertragungsrolle könnte auch eine integrale Zusammensetzung verschiedener Materialien sein, ua die gewünschten Eigenschaften zu erzielen, doch ist dies hier nicht günstig.

Die beschriebene Konstruktion liefert das angestrebte Resultat einer Spaltkraft, die wesentlich kleiner ist als die gesamte Kraft, mit der die Übertragungsrolle gegen die Bildträgerfläche vorbelastet ist. Die Vorbelastung der Übertragungsrolle kann beträchtlich hoch und effektiv unabhängig von der Spaltkraft sein, was im Gegensatz zu einer herkömmlichen zylindrischen Rolle steht, bei der eine Erhöhung der Vorbelastungskraft an der Rolle unmittelbar auf den Übertragungsspalt wirksam wird·

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Die Übertragungsrolle 12 und die an ihr angelegte Vorbelastung können so eingestellt werden, daS, wenn kein Kopieblatt ira Spalt 20 vorhanden ist, der Mittelteil 32 der Rollsnoberfläche von der Bildträgerfläche 16 einen geringen gleichmäßigen Abstand hat, der etwas kleiner ist als die kleinste Dicke des Kopieblattes 24. Mit Hilfe dieser Anordnung, die jedoch nicht unbedingt notwendig ist, kann die Rollenvorbelastung auf bequeme Weise justiert werden, indem man eine übliche Fühllehre oder einen !Teil der gewünschten Dicke in den Spalt 20 einschiebt. Auf diese Weise läßt sich die Gleichmäßigkeit der Vorbelastung vom Ende zum Ende der Rolle leicht prüfen und justieren.

V/ie schon erwähnt, muß für eine effektive Übertragung der Mittelteil 32 einen Übertragungsspalt mit einem Minimum an Andruck vorsehen, der das Kopieblatt 24 gegen die Bildträgerfläche 16 drückt. Me Außenfläche 14 der Übertragungsrolle darf im Spalt 20 nicht außer Kontakt mit dem Kopieblatt 24 sein, wenn man eine zuverlässige Übertragung haben will· Im Betrieb ist also der kleinste komprimierte Radius der Endteile 34 und 36 in der Mitte ihrer Kontaktfläche mit der Bildträgerflache 16 stets größer als der kleinste komprimierte Radius des Mittelteils 32 im Spalt 20, und zwar nur um die Dicke des Kopieblattes 24 im Spalt 20. Die Elastizität der Schicht 30 der Übertragungsrolle erlaubt es, diese Beziehung für unterschiedliche Kopieblattdicken innerhalb eines vorgegebenen Dickenbereiches der Kopieblätter, für den das System gebaut ist, aufrechtzuerhalten·

Vorstehend ist ein neuartiges Übertragungssystem für das elek— trostatographische Kopieren beschrieben worden, das verbesserte Eigenschaften der vorbelasteten Übertragungsrolle mit einer einfachen Konstruktion vorsieht* Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Modifikationen und Abänderungen gegenüber dem beschriebenen Ausführungsbeispiel möglich·

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Claims

Ansprüche

₍ 1 ·) Elektro3tatographisches Kopiersystem, in dem von einer Bildträgerfläche ein Bild auf Kopieblätter eines bestimmten Dickenbereiches und einer vorgegebenen maximalen Breite übertragbar ist und bei dem eine Übertragungsrolle mit dem Bildträger einen Übertragungsspalt bildet, durch den die Kopieblätter zur Bildübertragung gegenüber dem Bildträger laufen, wobei eine Andruckeinrichtung vorgesehen ist, um die Übertragungsrolle mit einer vorgegebenen Gesamtkraft gegen den Bildträger zu drücken, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsrolle (12) eine im wesentlichen zylindrische und elastisch defox^mierbare integrale Außenfläche (14) hat mit einem Mittelteil (32) und jeweils einem integralen Endteil (34, 36) an federn Ende des Mittelteils, daß der Mittelteil (32) einen ersten Durchmesser hat und in der Länge entlang der Übsrtragungsrolle weiter reicht als die vorgegebene maximale seitliche Abmessung der Kopieblätter (24), und die Endteile (34, 36) einen zweiten Durchmesser haben, der geringfügig größer ist als der erste Durchmesser des Mittelteils (32), und unter Verformung unmittelbar auf dem Bildträger (16) abrollen mit einer Kraft, die ein wesentlicher Seil der Gesamtkraft ist und einen ersten von der Andruckeinrichtung aufgebrachten Druck darstellt, und daß der Mittelteil (32) in rollendem Kontakt mit den Kopieblättern (24) im Spalt (20) steht und einen zweiten Druck ausübt, der wesentlich geringer ist als der erste Druck·

2· Kopiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den beiden Endteilen (34, 36) gegen den Bildträger (16) ausgeübte Kraft mehr al3 die Hälfte der G-esamtkraft beträgt, die von der Andruckeinrichtung auf die Übertragungsrolle (12) ausgeübt wird«,

3» Kopier syst em nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil (32) in dem Spalt (20) wesentlich weniger deformiert ist als die Endteile (34, 36) sich gegen den

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Bildträger (16) deformieren.

4. Kopiersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die tJbertragungsrolle (12) eine homogene Schicht (30) aus einem elastischen Material hat, die die integrale Außenfläche der Übertragungsrolle bildet·

5· Kopiersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (30) aus elastischem Material elektrisch entspannbar ist und für die Bildübertragung mit einer elektrischen Vorspannung belegt ist.

6· Kopiersystem nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil (32) gegen die Kopieblätter (24) in dem Spalt (20) mit einer Spaltkraft drückt, die wesentlich kleiner ist als die von der Andruckeinrichtung aufgebrachte Gesamtkraft.

7. Kopiersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltkraft weniger als die Hälfte der von der Andrückeinrichtung an die tJbertragungsrolle angelegten Gesamtkraft beträgt und daß die von den beiden Endteilen (34, 36) auf den Bildträger (16) ausgeübte Kraft mehr als die Hälfte der Gesamtkraft ist.

8. Kopiersystem nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endteile (34, 36) zylindrische Stufen sind, die gegen den Mittelteil (32) erhöht sind·

9* Kopiersystem nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bndteile (34, 36) derart ausgebildet sind, daß sie den Mittelteil (32) von dem Bildträger (16) in einem Abstand halten, der kleiner ist als der vorgegebene Dickenbereich der Kopieblätter (24)

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