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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum Entfernen
von Rückstandsmaterialien von einer Bilderzeugungsoberfläche und insbesondere
eine Reinigungsvorrichtung zum Entfernen von Rückstandsparktikeln und
Agglomerationen von einer Bilderzeugungsoberfläche.
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In einer elektrofotografischen Anwendung wie der Xerographie wird eine
ladungserhaltende Oberfläche elektrostatisch aufgeladen und mit einem Lichtmuster
eines zu reproduzierenden Originalbildes belichtet, um die Oberfläche in
Übereinstimmung mit dem Originalbild selektiv zu entladen. Das resultierende Muster aus
geladenen und entladenen Bereichen auf dieser Oberfläche bildet ein
elektrostatisches Ladungsmuster (ein elektrostatisches Latenzbild), das dem Originalbild
entspricht. Das Latenzbild wird entwickelt, indem es mit einem fein verteilten
elektrostatisch anziehbaren Pulver in Kontakt gebracht wird, das als Toner
bezeichnet wird. Der Toner wird durch die elektrostatische Ladung auf der Oberfläche in den
Bildbereichen gehalten. Auf diese Weise wird ein Tonerbild in Übereinstimmung mit
einem Lichtbild des zu reproduzierenden Originals erzeugt. Das Tonerbild kann dann
auf ein Substrat (z. B. Papier) übertragen werden, wobei das Bild auf demselben
fixiert wird, um eine dauerhafte Aufzeichnung des zu reproduzierenden Bildes zu
erzeugen. Auf die Entwicklung folgend wird der auf der ladungserhaltenden
Oberfläche zurückbleibende Toner von der Oberfläche entfernt. Dieses Verfahren ist
wohlbekannt und für das Kopieren eines Originals mit Hilfe von Linsen sowie für das
Drucken von elektronisch erzeugten oder gespeicherten Originalen geeignet, wobei
eine ladungserhaltende Oberfläche bildweise auf verschiedene Weise entladen
werden kann. Ionenstrahlgeräte, bei denen eine Ladung bildweise auf ein
ladungserhaltendes Substrat aufgetragen wird, werden ähnlich betrieben.
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Obwohl der Großteil des das Bild formenden Toners während der
Übertragung auf das Papier übertragen wird, bleibt unweigerlich etwas Toner auf der
ladungserhaltenden Oberfläche zurück, wobei er durch relativ hohe elektrostatische
und/oder mechanische Kräfte auf derselben gehalten wird. Zusätzlich neigen
Papierfasern, Kaolin und andere Verunreinigungsstoffe dazu, auf die ladungserhaltende
Oberfläche gezogen zu werden. Für einen optimalen Betrieb ist es essentiell, daß
der auf der Oberfläche zurückbleibende Toner sorgfältig von derselben entfernt wird.
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Ein kommerziell erfolgreicher Reinigungsmodus, der bei automatischen
xerographischen Geräten eingesetzt wird, verwendet eine Bürste mit weichen leitenden
oder isolierenden Faserborsten. Die Borsten sind zwar weich, aber ausreichend
stark, um restliche Tonerpartikeln von der ladungserhaltenden Oberfläche zu
entfernen. Es wird eine Spannung an den Fasern angelegt, um das Entfernen des
Toners von der ladungserhaltenden Oberfläche zu verbessern.
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Die Bürstenreinigungseinrichtung entfernt aber nicht den gesamten Toner und
nicht alle Verunreinigungsstoffe von der Oberfläche. Aus unbekannten Gründen
verbinden sich Tonerpartikeln miteinander und mit bestimmten Typen von
Verunreinigungsstoffen, um punktförmige Ablagerungen zu bilden, die schließlich fest auf
der ladungserhaltenden Oberfläche haften können. Diese Punkte weisen einen
Durchmesser im Bereich von 50 Mikrometer bis 400 Mikrometer und eine Dicke im
Bereich von 5 bis 25 Mikrometer auf, wobei sie aber typischerweise einen
Durchmesser von 200 Mikrometer und eine Dicke von 5 bis 15 Mikrometer aufweisen. Die
Agglomerationen können entweder nur aus Toner oder aus Verbindungen mit vielen
verschiedenen Kunststoffen und Verunreinigungsstoffen des Papiers bestehen. Der
Punkt verursacht einen Qualitätsdefekt in der Kopie, der als ein schwarzer Punkt in
einem Hintergrundbereich der Kopie wahrgenommen werden kann, wobei der
schwarze Punkt dieselbe Größe aufweist wie der Punkt auf dem Photorezeptor. Der
Punkt auf der Kopie variiert geringfügig je nach den exakten Betriebsbedingungen,
kann aber nicht durch die Steuerung der Gerätesteuereinrichtungen beseitigt
werden.
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Versuche, die Agglomerationen-Punktbildung durch die Kontrolle der fremden
Verunreinigungsstoffe zu beseitigen, haben sich als schwierig, wenn nicht unmöglich
erwiesen. Außerdem bestand bisher keine Möglichkeit, die Bildung von
Agglomerationen des Toners mit sich selbst zu beseitigen. Bei der Untersuchung des Bildung
dieser Punkte konnte man jedoch beobachten, daß die Punkte plötzlich auf der
ladungserhaltenden Oberfläche erscheinen, d. h. daß sie nicht das Ergebnis eines
kontinuierlichen Verdichtungsprozesses sind. Außerdem konnte beobachtet werden,
daß die neu abgelagerten Punkte weniger stark auf der Oberfläche haften als die
länger abgelagerten Punkte.
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Mehrere Kopiergerätprodukte verwenden ein Urethanmaterial (z. B. 107-5 von
Acushnet (Marke) für eine Punktklinge. Die Punktklinge ist nach der
Reinigungsstation angeordnet, um Agglomerationen und Verunreinigungsstoffe von dem
Photorezeptor zu entfernen. Die Verwendung der Punktklinge als sekundäre
Reinigungseinrichtung für diese Produkte hat sich als sehr effektiv bei der
Entfernung von Verunreinigungsstoffen erwiesen, die einen Punktfehler auf der Kopie
verursachen können. Viele der gegenwärtig verwendeten Punktklingen weisen
jedoch eine nachteilig hohe Reibung zwischen der Klinge und dem Photorezeptor
auf. Dadurch wird verursacht, daß die Punktklinge intermittierend auf der Oberfläche
des Photorezeptors haften bleibt, so daß die Punktklinge beim Kontaktieren des
Photorezeptors springt oder hüpft. Dieses Springen und Hüpfen kann Qualitätsfehler
in der Kopie verursachen. Außerdem können Punktklingen mit einer hohen Reibung
knicken, wenn sie in Druckkontakt mit dem Photorezeptor gebracht werden. Wenn
die Punktklinge knickt, muß sie ersetzt werden.
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US-A-4,989,047 (Jugle et al.) zeigt eine Reinigungsvorrichtung für einen
elektrofotografischen Drucker, die die durch Agglomerationen verursachte
Punktbildung auf der Bilderzeugungsoberfläche reduziert. Ein sekundäres
Reinigungsglied, das als dünne Kratzklinge ausgebildet ist, ist mit einem geringen Angriffswinkel
gegenüber der Bilderzeugungsoberfläche angeordnet, so daß die Klinge eine
maximale Scherkraft auf die Agglomerationen ausübt, um dieselben zu entfernen.
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US-A-4,669,864 (Shoji et al.) gibt eine Reinigungseinrichtung an, die an der
äußeren Peripherie eines Bildhalters angeordnet ist, um in Stoßkontakt mit dem
Bildhalter gebracht und von demselben entfernt zu werden. Die
Reinigungseinrichtung umfaßt ein erstes Reinigungsglied mit einer Klinge sowie ein zweites
Reinigungsglied mit einer Bürste, das in der Bewegungsrichtung der Oberfläche des
Bildhalters stromabwärts zu dem ersten Reinigungsglied angeordnet ist.
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US-A-5,175,591 beschreibt eine Reinigungsvorrichtung zum Entfernen von
restlichem Toner von einer ladungserhaltenden Oberfläche mit einer rotierenden
Kratzbürste als primärer Reinigungseinrichtung und einer Reinigungsklinge für
Agglomerationen, die in der Einzugseinrichtung der ladungserhaltenden Oberfläche
stromaufwärts zu der primären Reinigungseinrichtung angeordnet ist. Das Kratzen
der ladungserhaltenden Oberfläche reduziert die Reibung zwischen der Oberfläche
und der Reinigungsklinge. Diese Beschreibung macht jedoch keine Angaben zu der
Elastizität der Reinigungsklinge.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte
Reinigungsvorrichtung zum Entfernen von Rückstandsmaterialien von einer
Bilderzeugungsoberfläche anzugeben.
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Dementsprechend gibt die vorliegende Erfindung eine Reinigungsvorrichtung
in Übereinstimmung mit den beigefügten Ansprüchen an.
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Kurz gesagt ist in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung eine Vorrichtung zum Entfernen von Rückstandsmaterialien von einer
Bilderzeugungsoberfläche angegeben, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse, eine mit
dem Gehäuse verbundene Halteeinrichtung, eine primäre Reinigungseinrichtung, die
wenigstens teilweise in dem Gehäuse eingeschlossen ist, und eine zweite
Reinigungseinrichtung, die stromaufwärts zu der primären Reinigungseinrichtung
angeordnet ist, umfaßt. Die zweite Reinigungseinrichtung weist ein mit der
Halteeinrichtung verbundenes erste Ende und ein gegenüberliegendes freies Ende auf. Das
freie Ende ist mit einem minimalen Reibungskoeffizienten in Druckkontakt mit der
Bilderzeugungsoberfläche. Das freie Ende steht in einem kontinuierlichen
Gleitkontakt zu der Bilderzeugungsoberfläche. Die zweite Reinigungseinrichtung ist eine
Reinigungsklinge, die in Druckkontakt mit der Oberfläche steht und dafür ausgebildet
ist, Partikeln von derselben zu entfernen, wobei sie einen Klingenkörper aus einem
Elastomermaterial mit einem Reibungskoeffizienten von weniger als drei und einem
Durometer im Bereich zwischen 80 Shore A bis 90 Shore A umfaßt. Das Material
weist eine Elastizität mit einem Rückstellwert im Bereich zwischen ungefähr 20% und
ungefähr 25% auf.
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Die vorliegende Erfindung wird im folgenden beispielhaft mit Bezug auf die
beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei
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Fig. 1 eine schematische Ansicht der Punktklinge ist, die stromaufwärts zu der
primären Reinigungseinrichtung angeordnet ist, und
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Fig. 2 ein Kurvendiagramm des Reibungsverlaufs ist, das die zwei Materialien
107-5 und E490 für die Punktklinge vergleicht.
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Im folgenden wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die eine Vorderansicht des
Reinigungssystems und der Punktklingenanordnung 230 zeigt. Die
Punktklingenanordnung 230 umfaßt eine Halteeinrichtung 225 und eine Punktschabklinge 220.
Die Punktklingenanordnung 230 ist in der Bewegungsrichtung 12 des
Photorezeptors 10 stromaufwärts angeordnet, um restliche Partikeln abzuschaben, die nicht
durch die Bürsten 100 der primären Reinigungseinrichtung entfernt wurden. Diese
Punktschabklinge 220 ist derjenigen ähnlich, die in dem Kopiergerät 5090 von Xerox
(eingetragenes Warenzeichen) verwendet wird. Die Punktklingen-Schabeinrichtung
220 befindet sich normalerweise im Schabmodus, so daß sich die restlichen
Partikeln vor der Punktklinge 220 ansammeln (d. h. zwischen dem Gehäuse 145 der
Bürstenreinigungseinrichtung und der Punktklinge 220). Diese Ansammlung von
restlichen Partikeln wird durch Unterdruckluftstrom entfernt. Das Material der
Punktklinge der vorliegenden Erfindung kombiniert die mechanischen Eigenschaften einer
geringen Reibung, einer niedrigen Elastizität und einer hohen Härte, um einen
kontinuierlichen Gleitkontakt zwischen der Punktklinge 220 und der Oberfläche des
Photorezeptors herzustellen. Der kontinuierliche Gleitkontakt ist ein Ergebnis der
mechanischen Eigenschaften; es wird kein Schmiermittel bei der
Reinigungsoperation verwendet.
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Die vorliegende Erfindung gibt eine Kombination von mechanischen
Eigenschaften an, die ideal für eine Punktklinge sind, und gibt weiterhin ein Material an,
das diese mechanischen Eigenschaften aufweist. Die idealen mechanischen
Eigenschaften einer Punktklinge sind eine niedrige Reibung (Haftung), eine niedrige
Elastizität und eine hohe Härte. Das Urethanmaterial (d. h. Polyester) der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist einen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine
hohe Härte auf, so daß die zu Ausfällen führende Knickanfälligkeit des gewöhnlich
für Punktklingen verwendeten Materials (d. h. Acushnet 107-5, Warenzeichen)
beseitigt wird. Das Knicken der Klinge tritt normalerweise selten auf, wenn die Oberfläche
des Photorezeptors verunreinigt ist (d. h. wenn die Tonerdichte auf der Oberfläche
des Photorezeptors hoch ist). Eine saubere Photorezeptoroberfläche jedoch
verursacht das Auftreten einer hohen Reibung zwischen der Klinge und der
Photorezeptoroberfläche, was das Starten der Klinge auf der sauberen Oberfläche
erschwert. Diese hohe Reibung verursacht auch, daß die Klinge intermittierend springt,
wenn das Gerät Kopien erstellt. Ein niedriger Reibungskoeffizient (u< 3) gibt also an,
daß die Haftung des Urethan auf der sauberen Oberfläche sehr niedrig ist. Ein
niedriger Reibungskoeffizient (u< 3) verhindert, daß die Klinge beim Starten knickt
und während des laufenden Betriebs springt. Die Kombination der oben genannten
mechanischen Eigenschaften löst dieses häufig bei Punktklingen anzutreffende
Problem.
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Ein Urethanmaterial, das die mechanischen Eigenschaften der vorliegenden
Erfindung aufweist, ist das bei Acushnet erhältliche E490. Labortests des Materials
E490 ergeben, daß das Material E490 eine niedrigere Reibung, eine niedrigere
Elastizität und eine höhere Härte aufweist als das üblicherweise verwendete
Klingenmaterial 107-5. Diese mechanischen Eigenschaften sind für eine Punktklinge
vorteilhafte Eigenschaften, da die das Starten der Klinge erleichtern und das
problematische Springen reduzieren, das bei dem Klingenmaterial 107-5 auftritt.
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Erstens weist das E490 einen viel niedrigeren Reibungskoeffizienten auf als
das Klingenmaterial 107-5. Der Reibungskoeffizient von E490 (im Durchschnitt
ungefähr 3 bei einer Reinigungsklinge auf einer sauberen Photorezeptoroberfläche)
ist 50% geringer als der von 107-5 (dessen Reibungskoeffizient durchschnittlich bei
6 liegt). (Siehe das Kurvendiagramm für diese zwei Materialien in Fig. 2). Die
Reibungskraft ist niedrig genug, so daß das Material E490 den Photorezeptor beim
Starten ohne Schmiermittel kontaktieren kann. Dabei wird auch der Verschleiß des
Photorezeptors durch die Punktklinge reduziert.
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Im folgenden werden die in Fig. 2 gezeigten Testdaten erläutert, wobei die
Reibungseigenschaften von 107-5 und E490 verglichen werden. Die Haftung
(Reibung) von sauberem 107-5-Klingenmaterial und von sauberem
E490-Klingenmaterial wird gemessen und in Abhängigkeit von der Zeit auf einem sich langsam
drehenden, sauberen Glaszylinder mit Hilfe eines Videobandes aufgezeichnet. Der
in dieser Anordnung erzeugte Klingenverschleiß ist dem in Kopiergeräten
anzutreffenden Klingenverschleiß ähnlich. Der anfängliche Anstieg der Kurve gibt die
Haftung zwischen der Klinge und der Oberfläche wieder. In diesem Teil der Kurve
wird die Klinge aus 107-5 stark gebogen. Wenn die anfängliche Haftung durch das
Bewegen der Bilderzeugungsoberfläche überwunden wird, gleitet die Klinge
vorübergehend, wobei sie jedoch dann wieder an dem Glas haften bleibt. Das Haften und
Gleiten der Klinge wird gewöhnlich als "Stick-Slip"-Bewegung bezeichnet, wobei mit
Sticking das Haften und mit Slipping das Gleiten der Klingq bezeichnet wird. Es ist
eine deutliche Differenz zwischen den zwei Kurven festzustellen. Das Material 107-5
haftet unmittelbar für 8 Sekunden an der sich bewegenden Glasoberfläche, bevor es
sich löst, wobei es danach wieder zu haften beginnt. Der höchste anfängliche
Reibungskoeffizient von 107-5 liegt bei 7,4. Das "Stick-Slip"-Verhalten zerstört die
Schneide der Klinge nach drei Minuten.
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Das E490 gleitet auf der Glasoberfläche bevor sich eine Haftung entwickelt.
Der höchste Reibungskoeffizient von E490 ist 3,0 und tritt nach 10 Sekunden auf.
Das E490 weist keine "Stick-Slip"-Bewegung auf und verschleißt nicht nach vier
Minuten.
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Zweitens ist die Elastizität um 50% geringer als die des Materials 107-5. Dies
reduziert das Springen der Klinge (unter dem Springen der Klinge ist das
intermittierende Haften der Klinge auf dem Photorezeptor zu verstehen, das aus der
Reibung resultiert, wobei die Klinge keine kontinuierliche Gleitbewegung in Relation
zu dem Photorezeptor, sondern eine startende und stoppende Gleitbewegung
aufweist). Zuvor vorgenommene Tests haben ergeben, daß Entwicklermaterial an der
Reinigungsschneide die Schneide der Klinge zerstört und die Oberfläche des
Photorezeptors verkratzt, wenn die Klinge über die Naht springt. Das
Entwicklermaterial sammelt sich während des "Springens" unter der Klinge an, wobei das
Entwicklermaterial unter der Klinge den Photorezeptor verkratzen und ein
Verschleißen der Klinge verursachen kann. Die Elastizität der Klinge kann also als eine
mechanische Eigenschaft betrachtet werden, die das Verkratzen des Photorezeptors
verstärkt und ein Verschleißen der Klinge verursacht. Die Elastizität des Materials
sollte deshalb gering sein, um das Springen der Klinge zu reduzieren.
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Die Elastizität ist eine weitere Eigenschaft, in der sich die beiden Urethane
unterscheiden. Der prozentuale Rückstellwert bei Raumtemperatur beträgt bei E490
25% und bei 107-5 50%. Es besteht also eine Differenz mit dem Faktor 2 zwischen
diesen beiden Urethanmaterialien. Diese Eigenschaft muß in dem Urethan
vorgesehen werden, da ein hoher Durometer sehr elastisch sein kann. Die Elastizität sollte
so gering wie möglich sein, um das Springen der Klinge zu reduzieren.
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Schließlich weist das Material E490 eine höhere Härte auf als das Material
107-5. Der höhere Durometer des Materials E490 macht die Klinge steifer als das
Material 107-5, beseitigt das Knicken der Klinge und reduziert das "Springen" der
Klinge. Bei dem Klingenmaterial 107-5 liegt der Durometerwert bei ungefähr 70
Shore A, während der Durometer von E490 bei ungefähr 90 Shore A liegt (d. h. 85 ±
5). Diese Differenz macht das zweite Material wesentlich steifer und härter als das
107-5. Urethane mit höherem Durometer weisen allgemein viel niedrigere
Reibungseigenschaften auf, und es sind die hohe Härte und die niedrigere Reibung, die das
Haften der Klinge auf dem Photorezeptor verursachen. Dadurch werden hier das
Problem eines Knickens beim Start sowie das intermittierende Springen der Klinge
beim Erstellen der Kopien beseitigt.
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Ein weiterer Vorteil der mechanischen Eigenschaften der vorliegenden
Erfindung bezüglich des Materials E490 wird durch das folgende Beispiel definiert. Eine
Punktklinge aus dem Material 107-5, die in einem Schabmodus verwendet wird (d. h.
die Klinge funktioniert wie ein Meißel) ist mit einer niedrigen Klingenkraft (d. h. mit
ungefähr 8 Gramm bis 12 Gramm) und mit einem Arbeitswinkel von weniger als 5º
angeordnet. Bei diesen Einstellungswerten sollte die Schneide der Klinge aus 107-5
in einer nicht geknickten Haltung bleiben, wenn sich die Schneide der Klinge über
die Bilderzeugungsoberfläche des Photorezeptors bewegt. Wegen der Flexibilität
des Photorezeptors und wegen des "Springens" der Klinge, das durch die Naht des
Photorezeptors verursacht wird, können sich jedoch die Klingenkraft und der
Arbeitswinkel erhöhen und ein Knicken der Klinge verursachen, wodurch die
Lebensdauer der Klinge begrenzt wird. Ein Material mit den mechanischen Eigenschaften
der vorliegenden Erfindung (d. h. mit einer geringen Reibung, einer geringen
Elastizität und einer hohen Härte), wie das E490 von Acushnet, hält die eingestellte
Klingenkraft und den Arbeitswinkel aufrecht und verhindert ein Knicken oder
"Springen" der Klinge, wodurch die Lebensdauer der Klinge erhöht wird. Außerdem
ist es wegen der Härte der Klinge der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, 90
Grad für den Winkel der Reinigungsspitze zu wählen.
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Eine alternative Ausführungsform besteht darin, eine schräge Schneide für die
Klinge mit einem Spitzenwinkel von 60º bis 80º zu verwenden, um Punkte und
andere Verunreinigungsstoffe von dem Photorezeptor wegzuhebeln. Für diese
Ausführungsform ist jedoch ein Urethanmaterial erforderlich, das hart genug ist, um ein
Knicken an der Spitze zu verhindern.
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Vorstehend wurde eine Ausführungsform beschrieben, die ein Klingenmaterial
mit den kombinierten Eigenschaften einer niedrigen Reibung, einer niedrigen
Elastizität und einer hohen Härte aufweist. Dieser Typ von Klingenmaterial sieht eine
Punktklinge vor, die das Problem einen "Stick-Slips" zwischen der Schneide der
Klinge und der Bilderzeugungsoberfläche vermeidet. Ein Material mit dieser
Kombination von mechanischen Eigenschaften ist das bei Acushnet erhältliche E490.
Dieses Material sieht eine kontinuierliche Gleitbewegung über die zu reinigende
Oberfläche vor und beseitigt auf diese Weise ein Knicken und Springen der Klinge,
wodurch die Lebensdauer der Klinge verlängert wird.