DE3303167C2 - Entwicklungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Entwicklungsvorrichtung mit einem Bildträger, auf dessen Oberfläche ein latentes Bild gebildet ist, und die eine zylindrische, aus nichtmagnetischem Material bestehende Hülse aufweist, die so angeordnet ist, daß sie dem Bildträger gegenüber steht, die weiter ein ein Magnetfeld erzeugendes Teil umfaßt, das in der Hülse angeordnet ist, wobei der Bildträger und die Hülse so angeordnet sind, daß der auf der Hülse gehaltene magnetische Entwickler zu der Oberfläche des Bildträgers transportiert werden und die Entwicklung des latenten Bildes dadurch ausgeführt werden kann. Auf der Oberfläche der Hülse befindet sich seine leitende oder halbleitende Überzugsschicht, die eine Dicke von wenigstens 1 μm, eine Härte von etwa HV900 oder mehr und einen spezifischen Widerstand von etwa 10 ↑6 Ω cm oder weniger besitzt. Dies führt zu einer guten Transportierbarkeit des Entwicklers, ermöglicht ein gutes Ausführen der Entwicklung und reduziert den Verschleiß der Hülse.

Description

Die Erfindung betrifft eine Entwicklungsvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei einer derartigen Entwicklungsvorrichtung wird zum Transport des magnetischen Entwicklers in die Entwicklungszone eine Magnetwalze eingesetzt, die im Innern einer aus nicht-magnetischem Maierial bestehenden zylindrischen Hülse angeordnet ist. Dabei ist es bekannt, die Hülsenoberfläche aufzurauhen, um einen guten Transport des Entwicklers zu gewährleisten. Beispielsweise beschreibt die japanische Offenlegungsschrift Nr. 79 043/79 die Bildung von rändelartigcn Nuten, während in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 526/80 eine Oberflächenbehandlung mittels Sandstrahlen oder Rändeln mit zusätzlichem Metallisieren offenbart ist. Wird die Hülsenoberfläche durch Rändeln aufgerauht, so ist die Anzahl der Herstellungsschritte entsprechend groß, was für schlecht bearbeitbare Werkstoffe, insbesondere rostfreien Stahl, von Nachteil ist, während bei weichem Material, etwa Aluminium, ein starker Verschleiß auftritt. Wird die Oberfläche einer aus rostfreiem Stahl bestehenden Hülse gesandstrahlt, so wird sie wegen der bei der Bearbeitung auftretenden Spannungen bis zu einem gewissen Grad, jedoch nicht ausreichend gehärtet, und es besteht wiederum das Problem des Verschleißes, da die Abriebfestigkeit voii rostfreiem Stahl an sich gering ist. Ferner ist es bekannt, die Oberfläche einer aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Hülse dadurch hart zu machen, daß sie mittels anodischer Oxidation mit einem Überzug vereehen wird. Soll jedoch zwischen der Hülsenoberfläche und dem auf ihr zu transportierenden magnetischen Entwickler elektrischer Strom fließen, so ist ein solcher durch anodische Oxidation gebildeter Überzug, der isolierend ist, unbrauchbar.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 29 2¹ 229 ist es ferner bekannt die Hülse zum Transport von Entwickler in einer Entwicklungsvorrichtung mit einem ferromagnetischen Überzug zu beschichten. Für den Überzug werden dort Weicheisenmaterialien, Eisen-AIuminium-Pulver, eisenpulverhaltige Lacke oder galvanisch aureebrachtes Nickel, also durchweg Materialien verwendet die nur eine geringe Härte aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Entwicklungsvorrichtung anzugeben, deren zum Transport des Toners dienende Hülse nicht nur diesen Transport effizient bewerkstelligt sondern auch eine hohe VerschleiBfähigkeit aufweist

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegeben. Bei den danach hergestellten Überzugschichten für die Hülse lassen sich Oberflächenhärten von mindestens HV 900 erzielen. Die angegebenen Materialien werden in jedem Fall chemisch aufgetragen, was insbesondere dann von Bedeutung ist wenn die Überzugsschicht aus Nickel besteht, da dieses Material bei galvanischer Erzeugung nur Härten zwischen HV 140 und 425 erhalten würde.

Gemäß der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 31 40 478 gehört eine Entwicklungsvorrichtung der eingangs bezeichneten Gattung zum Stand der Technik, bei der die zum Transport des Entwicklers dienende Hülse an ihrer Oberfläche entweder aluminium-eloxiert oder hartverchromt ist Während eine anodisierte AIuminiumauflage nur zu einer Härte von HV 350 bis 450 führt die sich durch chemische Nachbehandlung höchstens auf HV 550 erhöhen läßt, kann eine galvanisierte Chromauflage eine Härte von HV 850 bis 1150 haben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Entwicklungsvorrichtung,

F i g. 2 einen Axialschnitt durch die Magnetwalze der Vorrichtung nach Fi g. I und
F i g. 3 einen vergrößerten Querschnitt durch den Teil A der in F i g. 2 gezeigten Magnetwalze.

Entsprechend den F i g. I und 2 befindet sich als magnetischer Entwickler in dem Tonerbehälter I ein Ein-Komponcnten-Magnettoner 2. In dem unteren Teil des Tonerbehälters 1 ist eine Magnetwalze 3 so angeordnet.

daß sie einer Trommel 4 aus fotoempfindlichem Material gegenüberliegt, die entsprechend dem in der Zeichnung dargestellten Pfeil in der Richtung B bewegt wird. Die Magnetwalze 3 besitzt eine aus Aluminium bestehende Hülse 5, die mit einer Überzugsschicht 13 verse-

bo hen ist, die eine hohe Härte und eine relativ gute elektrische Leitfähigkeit besitzt, und das zylindrische Magnetteil 6 ist in der Hülse 5 angeordnet. Das zylindrische Magnetteil 6 besteht aus einem zylindrischen Magneten und es ist an einer Welle 7 befestigt, die koaxial zur Hülse 5 verläuft. Das zylindrische Magnetteil 6 besitzt eine Anzahl von Magnetpolen, die entlang seiner Umfangsfläche angeordnet sind. Das zylindrische Magnetteil 6 ist mittels Lagern 9 an den Endwiinden 10 und 11

gelagert, die an den beiden Enden der Hülse 5 befestigt sind. Das zylindrische Magnetteil 6 und/oder die Hülse 5 können gedreht werden, indem ein Ende der Welle 7 und/oder die Welle 12 der Endwand 10 gedreht werden.

Bei dem beschriebenen Entwicklungsgerät wird der magnetische Toner 2, der aufgrund magnetischer Anziehungskraft des Magneten an der Hülse 5 anhaftet, in der in den Zeichnungen mit dem Pfeil angedeuteten Richtung C transportiert, indem beispielsweise die Hülse 5 in der gleichen Richtung rotiert, während das zylindrische Magnetteil 6 festgehalten wird. Das bedeutet, daß die Dicke des magnetischen Toners 2 auf der Hülse durch eine Abziehklinge 14 bestimmt wird, und daß der Toner dann in die Entwicklungszone d transportiert wird, die an demjenigen Teil der Hülse 5 gebildet ist, der der Trommel 4 aus fotoempfindlichem Material gegenüberliegt. Das auf der Oberfläche der Trommel 4 aus fotoempfiridlichcm Material gebildete latente elektrostatische Bild wird entwickelt, indem in der Entwicklungszonc d die Oberfläche der Trommel 4 aus fotocmpfindlichenv Materia! mit Hilfe einer Magnetbürste gebürstet wird. Der die Entwicklungszone d passierevsde Magnettoner 2 wird auf der Hülse 5 in Richtung des Pfeiles C transportiert und wieder in den Tonerbehälter 1 aufgenommen.

Wenn der Magnettoner auf diese Weise zu der Entwicklungszone d transportiert wird, so ist es für einen guten Transport des Magnettoners notwendig, daß die Hülsenoberfläche rauh ist, damit ein Schlupf zwischen der Hülsenoberfläche und dem Magnettoner verhindert wird und kein Verschleiß auftritt Um die Entwicklung sicherzustellen, ist es notwendig, daß der spezifische Widerstand der Hülsenoberfläche 10⁶Ω · cm oder weniger beträgt Ein chemisches Plattieren mit Nickel ist als Oberflächenbehandlung von Aluminium oder Aluminiumlegierungen bekannt Es ist ebenfalls bekannt, daß man eine Härte von etwa HV 500 insbesondere dann erzielen kann, wenn die Oberfläche von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einer Ni-P-Legicrung plattiert wird, die 5 bis 10Gew.-% an P enthält, und daß man eine Härte von HV 900 oder mehr durch Erhitzen der plattierten Oberfläche erzielen kann. An anderen Oberflächenbehandlungen sind ferner Ionen-Plattieren bekannt und ferner, daß ein Nitrid wie z. B. Ti— N, Cr- N od. ä. durch chemisches Abscheiden aus der Gasphase oder ein Karbid wie z.B. B-C, Ti-C, Hf-C od. ä. durch Aufsputtern aufgebracht werden. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben aufgrund ausführlicher Untersuchung herausgefunden, daß dann, wenn die Oberfläche tier Hülse 5 auf chemische Weise mit einem Nickelüberzug versehen oder durch Abscheiden aus der Gasphase mit Nitrid oder Karbid überzogen wird, eine Überzugsschicht mit einer hohen Härte und einer guten elektrischen Leitfähigkeit erzielt wird, so daß man insgesamt gute Resultate erhält

Im einzelnen wird beispielsweise beim chemischen Plattieren mit Nickel eine Überzugsschicht 13 mit einer Härte von HV 900 oder mehr gebildet, indem die Oberfläche der Hülse 5 geätzt und entfettet wird, einem Zinkat-Verfahren als Vorbehandlung unterworfen wird und anschließend mittels chemischem Plattieren mit einer Ni-P-Legierung mit einem Anteil von 5 bis 10 Gew.-% an P überzogen wird, und anschließend eine Wärmebehandlung durchgeführt wird. In diesem Fall kann die Härte tier Überzugsschicht durch eine Verbesserung der Wärmebehandlung auf etwa HV 1000 bis 1100 verbessert weraon. Im mikroskopischen Maßstab ist die Oberfläche der so erzielten Überzugsschicht genügend aufgerauht, wie dies in der F i g. 3 dargestellt ist. und daher kann der Magnettoner beim Tonertransport nicht rutschen, so daß die Transportierbarkeit des Toners erheblich verbessert wird. Die Oberflächenrauhigkeit der Überzugsschicht ist ausreichend und beträgt etwa 0,1 s bis 3 s. Aus dem Gesichtspunkt der Überzugsstärke genügt es, daß die Dicke der Überzugsschicht wenigstens 1 um beträgt Es ist noch effektiver, die Hülsenoberfläche vorher beispielsweise durch Sandstrahlen od. ä. aufzurauhen, bevor das Plattieren ausgeführt wird. Da die Plattierungsschicht wie oben beschrieben eine sehr hohe Härte besitzt, wird sie bei einer Berührung mit dem Toner selbst bei langen Einsatzzeiten nicht abgerieben. Die in dieser Anmeldung gebrauchte Einheil der Oberflächenrauhigkeit (s oder R/) ist in der Japanischen Industrienorm JIS B 0601 definiert.

Beispiel 1

Bei der Fig. 1 wurde die OberOSchc einer Aluminiumhülse 5 mit einem Außenduru-raesser von 32 mm einer chemischen Nickel-Plattierung m der oben beschriebenen Weise unterworfen, so daß eine Überzugsschicht 13 aus einer Ni-P-Legierung mit eine.· Dicke von 5μπι gebildet wurde. Die Oberflächenrauhigkeit der bberzugsschicht 13 betrug etwa Op s, ihre Härte !ag im Bereich von HV 1000 bis HV 1051. Nachfolgend wurden 30 Gew.-Teile eines Epoxidharzes und 70 Gew.-Teile von Magnetit unter Erhitzen vermengt, gekühlt und verfestigt, gemahlen und einer Kugelglühbehandlung unterzogen, wonach 0,4 Gew.-% an Ruß zugemischt wurden, so daß man einen magnetischen Toner mit einer mittleren Teilchengröße von 15 μπι erhielt Unter Verwendung dieses magnetischen Toners wurden 100 000 Blatt kontinuierlich einem Kopiertest unterworfen, in dem die Hülse 5 mit 200 Umdrehungen pro Minute rotiert wurde. Als Ergebnis zeigte sich, daß die Hülsenoberfläche nicht einem Verschleiß unterlag und daß eine gute Transportierbarkeit erreicht wurde. Wenn man eine Oberflächcnrauhigkeit mit einer 10-Punkte-mittleren Rauhigkeit R/. = 2μιη mittels einer Sandstrahlbehandlung vor dem Plattieren herstellte, so war die Transportierbarkeit für den Tcner noch besser, und es wurde eine Verbesserung der Qualität der Kopien sichergestellt

In diesem Fall betrug der Abstreifspalt 0,4 mm und der Entwicklungsspalt 0,3 mm, es wurde eine Selentrommel mit einem Außendurchmesser von 120 mm als fotoempfindliches Material eingesetzt die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 100 mm pro Sekunde rotierte. Als Magnet wurde ein zylindrischer Bariumferritmagnet mit einem Außendurchmesser von 29 mm eingc'.tst, der einer achtpoligen symmetrischen Magnetisierung unterworfen war.

Beispiel 2

Das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 wurde wiederholt mit der /Ausnahme, daß anstelle der chemischen Nickel-Plattierung eine Ti—N-Schicht mit einer Dicke von 1 μηι auf der Hülsenoberfläche mittels eines lonen-Plattierungsverfahrens gebildet wurde, ivlan erzielte ein gleiches oder besseres Ergebnis als bei dem Beispiel 1.

Vergleichsbeispiel

Zu Vergleichszwecken wurden unter den gleichen Bedingungen wie bei dem Beispiel 1 ein Kopiertest aus-

geführt mit der Ausnahme, daß die der chemischen Plattierung unterworfene Hülse durch eine Hülse aus rostfreiem Stahl ersetzt wurde, deren Oberfläche durch Sandstrahlen auf eine Oberflächenrauhigkeit von etwa 0,5 s aufgerauht wurde. Als Ergebnis zeigte sich, daß nach 10 000 Kopien die Hülsenoberfläche verschlissen war, was zu einem ungenügenden Transport (des Toners) führte. Bei einem Experiment, das unter den gleichen Bedingungen wie oben beschrieben durchgeführt vurde, mit der Ausnahme, daß auf einer Aluminiumhülse ein Überzugsfilm mittels anodischer Oxidation gebildet wurde, zeigte als Ergebnis, daß der zwischen der Tonerschicht und der Hülse fließende elektrische Strom ungenügend wurde, so daß die Effektivität der Entwicklung herabgesetzt wurde, was wiederum zu einer Verschlechterungdes Bildes führte.

Wie oben beschrieben, kann die vorliegende Erfindung so ausgezeichnete Wirkungen herbeiführen, daß der Transport des Entwicklers stark verbessert wird, und daß die Verbesserung des Transportes aufrechterhallen bleibt, selbst wenn das Gerät über eine lange Zeit bcnüt/t wird.

Obgleich in den oben beschriebenen Beispiclsfällen magnetischer Einkomponenten-Entwickler eingesetzt wurde, kann man gute Ergebnisse nicht nur in diesen Fällen erzielen, sondern auch dann, wenn ein Zweikomponenten-Entwickler verwendet wird. Als Magnet ist nicht nur ein zylindrischer Magnet geeignet, sondern es können natürlich auch zylindrisch angeordnete Blockmagnete verwendet werden. Für das Material der Hülse kann nicht nur Aluminium verwendet werden, sondern auch jedes andere nicht-magnetische Metall, wie z. B. rostfreier Stahl, Messing od. ä.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Entwicklungsvorrichtung, bei der magnetischer Entwickler (2) mittels einer eine Magneteinrichtung (6) umgebenden zylindrischen Hülse (5) aus nichtmagnetischem Material auf die Oberfläche eines der Hülse (5) gegenüber angeordneten Bildträgers (4) transportierbar ist, wobei die Oberfläche der Hülse (5) mit einer leitenden oder halbleitenden Oberzugsschicht (13) versehen ist, die eine Dicke von mindestens 1 μπι, eine Härte von mindestens HV 900 und einen spezifischen Widerstand von höchstens 10⁶D-Cm aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsschicht (13) aus einem Nitrid und/oder einem Karbid und/oder chemisch aufmetallisiertem Nickel besteht

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsschicht (13) aus einer Ni-P-Legienypg besteht, die eine Dicke von 5 μιη und eine Härte von etwa HV 1000 bis etwa 1500 aufweist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Nitrid Ti—N oder Cr-N bzw. das Karbid B-C,Ti-Coder Hf-C ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsschicht (13) aus Ti-N besteht, eine Dicke von 1 μπι hat und mittels eines lonen-Metallisierungsverfahrens hergestellt ist

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (5) eine Oberflächenrauhigkeit zv. ischeniiwa 0,1 s und etwa 3 s hat.

6. Vorrichtung nach einem der f. .lsprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (5) aus einer Aluminiumlegierung besteht