DE69218710T2

DE69218710T2 - Abgabewalze aus Phenolharz und Graphit

Info

Publication number: DE69218710T2
Application number: DE69218710T
Authority: DE
Inventors: Dennis A Abramsohn; Joseph Mannino; Donald S Sypula
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1991-09-27
Filing date: 1992-09-17
Publication date: 1997-09-04
Anticipated expiration: 2012-09-18
Also published as: EP0534671A2; JPH05210299A; EP0534671A3; DE69218710D1; EP0534671B1; US5177538A; CA2078259C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrostatographische Drucker und insbesondere Spenderwalzen zum Einsatz in derartigen Druckern.
Das Entwickeln von Bildern mit verschiedenen Verfahren einschließlich elektrostatographischer Mittel stellt ein bekanntes Verfahren dar. Bei einigen dieser Verfahren werden Tonerteilchen auf ein elektrostatisches latentes Bild aufgetragen, das sich auf einer isolierenden Fläche, wie beispielsweise Selen, befindet, wobei beispielsweise Kaskadenentwicklung, Magnetbürstenentwicklung, Pulverwolkenentwicklung und Kontaktentwicklung (touchdown development) eingesetzt werden. Angesichts verschiedener Nachteile, die bei Systemen auftreten, bei denen Zweikomponenten-Entwicklermaterial eingesetzt wird, sind erhebliche Anstrengungen unternommen worden, Verfahren zu entwickeln, bei denen lediglich Tonerteilchen eingesetzt werden.
Bei vielen der Einkomponenten-Entwicklungsverfahren werden leitende Tonerteilchen ausgewählt, und das bildmäßige Auftragen von Toner auf das photoleitende Element wird durch Induktionsladen der Tonerteilchen bewirkt. Die elektrostatische Übertragung leitender Tonerteilchen auf weißes Postpapier (plain bond paper) ist jedoch normalerweise wirkungslos, da die Ladung der Tonerteilchen durch Induktionsladung von dem Papier während des Übertragungsschrittes umgekehrt werden kann. Dementsprechend kann bei elektrophotographischen Systemen, bei denen leitende Einkomponenten-Tonerteilchen verwendet werden, ein spezielles beschichtetes Isolierpapier erforderlich sein, um ausreichende elektrostatische Tonerübertragung zu erzielen. Des weiteren kann bei Einkomponentenverfahren mit leitenden Tonerteuchen die Begrenzung von unerwünschtem Hintergrund bzw. Hintergrundunterdrückung normalerweise nicht mit elektrostatischen Kräften ausgeführt werden, da die Tonerteilchen induktiv geladen sind und auf das bildtragende Element aufgetragen werden, während bei Zweikomponenten- Entwicklerverfahren die Hintergrundentwicklung durch elektrostatische Kräfte gesteuert wird, die auf die reibungselektrisch geladenen Tonerteilchen wirken, so daß diese Teilchen von bildtragenden Elementen weg geleitet werden.
In jüngster Zeit sind ein effektives, wirtschaftliches und einfaches Einkomponentenverfahren und eine Vorrichtung zum Entwickeln latenter elektrostatischer Bilder offenbart worden, bei denen isolierende, nicht-magnetische bzw. Farbtonerteilchen entsprechend geladen werden, und es wird eine Zweikomponenten-Bildqualität unter Verwendung einer Einkomponenten- Entwicklungsvorrichtung erzielt. Bei diesem System wird, wie im folgenden ausführlich erläutert und im US-Patent Nr. 4,459,009 beschrieben, eine Auftragewalzeneinrichtung ausgewählt, die Tonerteilchen gleichzeitig dosiert und aufträgt. Eine Spenderelektrode transportiert die Tonerteilchen, wobei die Elektrode aus zahlreichen geeigneten Materialien bestehen kann, zu denen beispielsweise aluminiertes Mylar, das mit einem Polymer, das Ruß enthält, beschichtet ist, galvanisiertes Nickel, oder ein Ruß enthaltendes extrudiertes Polymer gehören können. Nach wie vor besteht jedoch ein Bedarf nach Spenderwalzen mit verbesserten Eigenschaften zum Auftragen von Tonern auf geladene Photorezeptoren.
Des weiteren sind bekannte Spenderwalzen nach dem Stand der Technik, bei denen Materialien, wie beispielsweise Krylon, das von Borden, Inc. bezogen werden kann, eingesetzt werden, die auf ein Nickelsubstrat aufgetragen werden, obwohl sie sich für den geplanten Zweck eignen, nicht über längere Zeit kratzfest. Bei diesen Beschichtungen können Kratzer auf der Tonertransporteinrichtung entstehen, die die Bildkopiequalität nachteilig beeinflußen. Des weiteren scheinen Tonerteilchen dauerhaft an der Oberfläche von Transportelementen mit Krylon-Beschichtungen zu haften, was zu unerwünscht starken Hintergrundanlagerungen auf den entwickelten Bildern führt.
Ein weiteres bekanntes Verfahren besteht darin, ein Entwicklungselement herzustellen, das ein dielektrisches Material enthält, in dem leitende Teilchen dispergiert sind. Es sind, wie im US-Patent-Nr. 4,990,963 von Yamamoto et al. beschrieben, Entwicklungswalzen bekannt, die durch Gießen oder Sprühen einer Lösung aus Lösungsmittel, Harz und leitenden Teilchen hergestellt werden. Der flüchtige Teil der Lösung wird verdampft, so daß ein Substrat aus Harz und leitenden Teilchen zum Einsatz bei einer Entwicklerwalze verbleibt.
EP-A-0,421,331 offenbart ein Entwickler-Trägerelement, das ein Substrat und einen Beschichtungsfilm umfaßt. Der Beschichtungsfilm besteht aus einer filmbildenden Zusammensetzung, die Graphit, Ruß oder eine Mischung derselben sowie ein Bindemittelharz enthält. Das Bindemittelharz kann ein hitzehärtbares Harz sein. EP-A-0,257,178 lehrt eine Entwickler-Zuführwalze mit einem leitenden Material, bei dem es sich um ein Harz mit leitendem Kohlenstoff oder Metall handeln kann. JP-A-2,018,580 offenbart eine Hülse, die eine Entwicklungswalze bildet. Bei der Hülse handelt sich um ein geformtes, hitzehärtbares Harz, wie beispielsweise ein Phenol mit leite ndem Kohlenstoff, Graphit, Metall oder Metalloxid.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Spenderwalze mit verbesserten Eigenschaften zum Einsatz in einem elektrostatographischen Drucker zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung schafft einen elektrostatographischen Drucker, der einen Photorezeptor, eine Ladeeinrichtung, die ein latentes Bild auf dem Photorezeptor erzeugt, eine Entwickler-Auftrageeinrichtung, die Entwicklermaterial auf den Photorezeptor aufträgt, wobei die Entwickler- Auftrageeinrichtung eine Spenderwalze in einem Entwicklerbehälter umfaßt, sowie eine Übertragungseinrichtung umfaßt, die das aufgetragene Entwicklermaterial auf ein Blatt Trägermaterial überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß: die Spenderwalze eine extrudierte oder schleudergegossene Walze ist und ein homogenes Gemisch aus einem hitzehärtbaren Kunststoff und einem Leiter mit ungefähr 6 bis ungefähr 25 Masseprozent des Leiters umfaßt.
Im folgenden wird lediglich als Beispiel eine Ausführung der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
Fig. 1 eine schematische Ansicht ist, die ein elektrophotographisches Druckgerät, das eine Spenderwalze enthält, gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine schematische Ansicht ist, die die Entwicklungsvorrichtung zeigt, die in dem Druckgerät in Fig. 1 eingesetzt wird;
Fig. 3 eine schematische Ansicht ist, die eine Entwicklungsvorrichtung zeigt, die eine Alternative zu der in Fig. 2 gezeigten darstellt;
Fig. 4 eine Schleudergußvorrichtung zum Herstellen der Spenderwalze des Druckgerätes ist; und
Fig. 5 eine Schnittansicht der extrudierten bzw. gegossenen Spenderwalze ist.
In den Zeichnungen sind durchgängig gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung identischer Elemente verwendet worden. Fig. 1 stellt schematisch die verschiedenen Elemente eines veranschaulichenden elektrophotographischen Druckgerätes dar, das eine bestimmte Form einer Spenderwalze enthält. Aus der folgenden Erläuterung wird ersichtlich, daß sich diese Spenderwalze gleich gut für den Einsatz in einem breiten Spektrum von Druckgeräten eignet und in ihrer Anwendung nicht notwendigerweise auf das hier dargestellte spezielle Gerät beschränkt ist.

1. Elektrophotographisches Drucken unter Verwendung von Spenderwalzen

Da das Verfahren des elektrophotographischen Druckens bekannt ist, sind die verschiedenen in dem Druckgerät in Fig. 1 eingesetzten Bearbeitungsstationen schematisch dargestellt, und ihre Funktion wird unter Bezugnahme darauf kurz erläutert.
In Fig. 1 ist zu sehen, daß bei dem elektrophotographischen Druckgerät ein Band 10 mit einer photoleitenden Oberfläche 12 eingesetzt wird, die auf einem leitenden Träger 14 aufgetragen ist. Die photoleitende Oberfläche 12 besteht vorzugsweise aus einer Selenlegierung, wobei der leitende Träger 14 aus einer Nickellegierung besteht, die elektrisch geerdet ist. Es können auch andere geeignete photoleitende Oberflächen und leitende Träger eingesetzt werden. Band 10 bewegt sich in der Richtung von Pfeil 16 und transportiert aufeinanderfolgende Abschnitte der photoleitenden Oberfläche 12 durch die verschiedenen Bearbeitungsstationen, die um den Bewegungsweg derselben herum angeordnet sind. Band 10 läuft, wie dargestellt, um Walzen 18, 20, 22 und 24. Walze 24 ist mit einem Motor 26 verbunden, der Walze 24 so antreibt, daß sie Band 10 in der Richtung von Pfeil 16 weiter bewegt. Die Walzen 18, 20 und 22 sind Laufwalzen, die sich ungehindert drehen, wenn sich Band 10 in der Richtung von Pfeil 16 bewegt.
Zunächst durchläuft ein Abschnitt von Band 10 Ladestation A. In Ladestation A lädt eine Corona-Erzeugungsvorrichtung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 28 gekennzeichnet ist, einen Teil der photoleitenden Oberfläche 12 von Band 10 auf ein relativ hohes, im wesentlichen einheitliches Potential.
Danach wird der geladene Abschnitt der photoleitenden Oberfläche 12 durch Belichtungsstation B transportiert. In Belichtungsstation B liegt ein Originaldokument 30 mit der Oberseite nach unten auf einer transparenten Auflageplatte 32 auf. Lampen 34 blitzen Lichtstrahlen auf Originaldokument 30. Die von Originaldokument 30 reflektierten Lichtstrahlen werden über Objektiv 36 weitergeleitet, das ein Lichtbild desselben herstellt. Objektiv 36 fokussiert das Lichtbild auf den geladenen Abschnitt der photoleitenden Oberfläche 12 und löst die Ladung dann selektiv auf. Dadurch wird ein elektrostatisches latentes Bild auf der photoleitenden Oberfläche 12 aufgezeichnet, das Informationsbereichen entspricht, die in Originaldokument 30 enthalten sind, das sich auf der transparenten Auflage 32 befindet. Danach transportiert Band 10 das auf der photoleitenden Oberfläche 12 aufgezeichnete elektrostatische latente Bild zu Entwicklungsstation C.
In Entwicklungsstation C transportiert eine Entwicklereinheit, die allgemein mit dem Bezugszeichen 38 gekennzeichnet ist, ein Einkomponenten-Entwicklermaterial aus Tonerteilchen in Kontakt mit dem elektrostatischen Bild, das auf der photoleitenden Oberfläche 12 aufgezeichnet ist, oder nahe an selbiges heran. Tonerteilchen werden von dem elektrostatischen latenten Bild angezogen, so daß ein Tonerpulverbild auf der photoleitenden Oberfläche 12 von Band 10 entsteht und das elektrostatische latente Bild entwickelt wird. Der Aufbau von Entwicklereinheit 38 im einzelnen wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.
Nach dem Entwickeln transportiert Band 10 das Tonerpulverbild zu Übertragungsstation D. In Übertragungsstation D wird ein Blatt Trägermaterial 46 mit dem Tonerpulverbild in Kontakt gebracht; Trägermaterial 46 wird durch eine Blattzuführvorrichtung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 48 gekennzeichnet ist, zu Übertragungsstation D transportiert. Vorzugsweise enthält die Blattzuführvorrichtung 48 eine Zuführwalze, die mit dem obersten Blatt eines Stapels von Blättern 52 in Kontakt ist. Zuführwalze 50 dreht sich und befördert das oberste Blatt von Stapel 50 in Schacht 54. Schacht 54 bringt das transportierte Blatt Trägermaterial 46 in zeitgesteuerter Abfolge mit der photoleitenden Oberfläche 12 von Band 10 in Kontakt, so daß das darauf entwickelte Tonerpulverbild mit dem transportierten Blatt Trägermaterial in Übertragungsstation D in Kontakt kommt.
Übertragungsstation D enthält eine Corona-Erzeugungsvorrichtung 56, die Ionen auf die Rückseite von Blatt 46 sprüht. Dadurch wird das Tonerpulverbild von der photoleitenden Oberfläche 12 auf Blatt 46 angezogen. Nach dem Übertragen bewegt sich das Blatt weiter in der Richtung von Pfeil 58 auf eine Fördereinrichtung 60, die das Blatt zu Fixierstation E bewegt.
Fixierstation E enthält eine Fixierbaugruppe, die allgemein mit dem Bezugszeichen 62 gekennzeichnet ist und das Pulverbild dauerhaft auf Blatt 46 fixiert. Fixierbaugruppe 62 enthält vorzugsweise eine beheizte Fixierwalze 64 und eine Druckwalze 66, wobei das Tonerpulverbild mit Fixierwalze 64 in Kontakt kommt. Auf diese Weise wird das Tonerpulverbild dauerhaft auf Blatt 46 fixiert. Nach dem Fixieren leitet Schacht 68 das transportierte Blatt zu Auffangfach 70, aus dem es anschließend durch die Bedienungsperson aus dem Druckgerät entnommen wird.
Es ist unvermeidlich, daß, nachdem das Blatt Trägermaterial von der photoleitenden Oberfläche 12 von Band 10 getrennt wurde, einige restliche Teilchen daran haften bleiben. Diese restlichen Teilchen werden in Reinigungsstation F von der photoleitenden Oberfläche 12 entfernt. Die Reinigungsstation F enthält eine Vorreinigungs-Corona-Erzeugungsvorrichtung (nicht dargestellt) sowie eine drehbar angebrachte Faserbürste 72, die mit der photoleitenden Oberfläche 12 in Kontakt ist. Der Vorreinigungs-Corona-Erzeuger neutralisiert die elektrostatische Ladung, die die Teilchen an die photoleitende Oberfläche anzieht. Diese Teilchen werden durch die Drehung von Bürste 72, die mit der photoleitenden Oberfläche in Kontakt ist, von selbiger entfernt. Nach dem Reinigen bestrahlt eine Entladelampe (nicht dargestellt) die photoleitende Oberfläche 12 mit Licht, um jegliche darauf verbliebene Ladung vor dem Laden derselben für den nächstfolgenden Bildzyklus aufzulösen.
Die obenstehende Beschreibung reicht aus, um die allgemeine Funktion des elektrostatographischen Druckgerätes zu veranschaulichen.
In Fig. 2 nunmehr ist der Aufbau von Entwicklereinheit 38 im einzelnen dargestellt. Die Entwicklereinheit enthält eine Spenderwalze 74. Eine elektrische Vorspannung wird an die Spenderwalze angelegt. Die an die Spenderwalze angelegte elektrische Vorspannung hängt vom Hintergrundspannungspegel der photoleitenden Oberfläche, den Eigenschaften der Spenderwalze sowie dem Zwischenraum zwischen der Spenderwalze und der photoleitenden Oberfläche ab. Es ist also klar, daß die an die Spenderwalze angelegte elektrische Vorspannung sehr unterschiedlich sein kann. Spenderwalze 74 ist mit einem Motor verbunden, der Spenderwalze 74 in der Richtung von Pfeil 76 dreht. Spenderwalze 74 ist wenigstens teilweise in Kammer bzw. Behälter 78 von Gehäuse 80 angeordnet.
Eine Tonermischeinrichtung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 44 gekennzeichnet ist, mischt und fluidisiert die Tonerteilchen. Die fluidisierten Tonerteilchen stellen sich unter dem Einflub der Schwerkraft selbst auf ihren Pegel ein. Da neue Tonerteilchen aus Behälter 86 in ein Ende der Kammer 78 von Gehäuse 80 abgegeben werden, bewegt die Kraft, die durch die an diesem Ende neu hinzugefügten Tonerteilchen auf die fluidisierten Tonerteilchen ausgeübt wird, die fluidisierten Tonerteilchen von dem Ende von Gehäuse 80 zum anderen Ende desselben. Tonermischer 44 ist ein längliches Element, das sich in Kammer 78 nah an einen bogenförmigen Abschnitt 84 von Gehäuse 80 befindet. Der bogenförmige Abschnitt 84 befindet sich nah an dem länglichen Element 44 und umschließt einen Teil desselben. Es ist ein relativ schmaler Spalt bzw. Zwischenraum zwischen dem bogenförmigen Abschnitt 84 und einem Teil des länglichen Elementes 44 vorhanden. Neue Tonerteilchen werden aus Behälter 86 in ein Ende von Kammer 78 abgegeben. Wenn sich das längliche Element 44 in der Richtung von Pfeil 40 dreht, werden Tonerteilchen vermischt und fluidisiert. Die durch die neuen Tonerteilchen, die in Kammer 78 abgelassen werden, auf die fluidisierten Tonerteilchen ausgeübte Kraft befördert die fluidisierten Tonerteilchen von einem Ende der Kammer, an dem die neuen Tonerteilchen ausgegeben wurden, zum anderen Ende derselben. Die fluidisierten Tonerteilchen, die bewegt werden, werden von Spenderwalze 74 angezogen.
Spannungsquelle 42 ist über Steuerschaltung 88 elektrisch mit dem länglichen Element 44 verbunden. Spannungsquelle 40 ist mit Spannungsquelle 42 und Spenderwalze 74 verbunden. Die Spannungsguellen 40 und 42 sind Gleichspannungsguellen. Dadurch wird eine elektrische Vorspannung zwischen Spenderwalze 74 und Tonermischeinrichtung 44 hergestellt, die von ungefähr 260 Volt bis ungefähr 1000 Volt reicht. Vorzugsweise wird eine elektrische Vorspannung von ungefähr 600 Volt zwischen Spenderwalze 74 und Tonermischeinrichtung 44 angelegt. Der Strom, der die Tonermischeinrichtung vorspannt, ist einem Maß des Tonerverbrauchs. Steuerschaltung 88 erfaßt den Strom, der die Tonermischeinrichtung 44 vorspannt und erzeugt in Reaktion darauf ein Steuersignal. Das Steuersignal von Steuerschaltung 88 reguliert das Anschalten von Motor 82. Motor 82 ist mit Schnecke 90 verbunden, die sich im offenen Ende von Behälter 86 befindet. Wenn sich Schnecke 90 dreht, gibt sie Toner aus Behälter 86 in Kammer 78 von Gehäuse 80 ab. Tonermischeinrichtung 44 ist von Spenderwalze 74 beabstandet, so daß ein Spalt dazwischen entsteht. Dieser Spalt kann von ungefähr 0,05 Zentimeter bis ungefähr 0,15 Zentimeter groß sein.
Spenderwalze 74 dreht sich in der Richtung von Pfeil 76 und bringt die von ihr angezogenen Tonerteilchen in Kontakt mit dem elektrostatischen latenten Bild, das auf der photoleitenden Oberfläche 12 von Band 10 aufgezeichnet ist, bzw. nah daran. Wenn sich die Spenderwalze 74 in der Richtung von Pfeil 76 dreht, wird der Bereich des freien Endes von Ladezunge 92 federnd in Kontakt mit Spenderwalze 74 gedrückt. Ladezunge 92 kann aus einem Metall, Silikongummi oder einem Kunststoffmaterial bestehen. Ladezunge 92 kann beispielsweise aus Stahlphosphorbronze bestehen und weist eine Dicke von ungefähr 0,025 Millimeter bis ungefähr 0,25 Millimeter auf und ist maximal 25 Millimeter breit. Das freie Ende der Ladezunge erstreckt sich um ungefähr 4 Millimeter oder weniger über den Tangentialkontaktpunkt mit Spenderwalze 74 hinaus. Ladezunge 92 wird mit einem Druck von ungefähr 10 Gramm pro Zentimeter bis ungefähr 250 Gramm pro Zentimeter mit Spenderwalze 74 in Kontakt gehalten. Die Tonerteilchenschicht, die an Spenderwalze 74 haftet, wird auf maximal 60 Mikrocoulomb/Gramm geladen, wobei die daran haftende Tonermasse mit ungefähr 0,1 Milligramm pro Quadratzentimeter bis ungefähr 2 Milligramm pro Quadratzentimeter Walzenfläche vorliegt.
Die Ladefunktion kann als Alternative dazu durch eine sich drehende Stange erfüllt werden, die mit der Spenderwalze in Kontakt und axial parallel dazu ist. Selbstbeabstandende Drähte 102 dienen, wie in Fig. 3 zu sehen ist, dazu, eine gesteuerte Tonerwolke in der Nähe der Oberfläche des Photorezeptors 120 zu erzeugen. Eine Zunge 108 mit einer sich drehenden Ladestange 110 lädt die Tonerteilchenschicht, die von der Tonerzufuhrröhre 106 auf die Oberfläche von Spenderwalze 104 zugeführt wird. In Funktion wird nicht-magnetischer Toner durch die sich drehende Ladestange 100 mit geringem Durchmesser dosiert und auf Spenderwalze 104 geladen. Ladestange 110 dreht sich mit einem Bruchteil der Oberflächengeschwindigkeit der Spenderwalze und in umgekehrter Richtung. Toner wird auf eine Monoschicht dosiert und durch Reibung geladen. Flexible Elektroden, wie beispielsweise Corotrondrähte 102, sind in selbstbeabstandetem Kontakt mit der mit Toner versehenen Spenderwalze in dem Entwicklungsspalt-Zwischenraum. Eine niedrige Wechselspannung, wie zwischen den Drähten und der Spenderwalze angelegt wird, löst Toner-Spender-Haftbindungen und stellt eine örtlich begrenzte Wolke her, während das Gleichspannungs- Bildpotential das Aufbringen auf den Empfänger steuert.
Es sind viele unterschiedliche Materialien zum Einsatz bei der Herstellung von Spenderwalzen bekannt. Es ist beispielsweise bekannt, daß Spenderwalzen aus Aluminium, Nickel oder Stahl hergestellt werden können. Es ist bekannt, daß als Alternative dazu Spenderwalzen aus eloxiertem Metall oder Metall hergestellt werden können, das mit einem geeigneten Material beschichtet ist. So kann beispielsweise eine Beschichtungszusammensetzung auf Polytetrafuorethylen-Basis, wie beispielsweise "Teflon" (ein Warenzeichen der Du Pont Corporation), oder ein Harz auf Polyvinylidenfluorid-Basis, wie beispielsweise "Kynar" (ein Warenzeichen der Pennwalt Corporation) zur Beschichtung der Metallwalze eingesetzt werden. Eine derartige Beschichtung trägt dazu bei, die an der Oberfläche derselben haftenden Teilchen zu laden. Bei einem weiteren Typen einer bekannten Spenderwalze handelt es sich um rostfreien Stahl, der mit einem katalytischen Nickelerzeugungsverfahren platiert und mit "Teflon" impregniert wird. Die Oberfläche der Spenderwalze kann von einem Bruchteil eines Mikrometers bis zu mehreren Mikrometern von Spitze zu Spitze aufgerauht werden.

2. Spenderwalzen

Viele der obenerwähnten bekannten Spenderwalzen werden durch Spritz- oder Tauchbeschichtung eines Metallkerns hergestellt. Die Spenderwalze für das Druckgerät in Fig. 1 hingegen umfaßt eine homogene Mischung aus einem hitzehärtbaren Kunststoff und einem Leiter und wird in einem Extrusions- oder Schleudergußverfahren hergestellt.
Der Einsatz von flüchtigen Lösungsmitteln bei der Herstellung der Spenderwalzen nach dem Stand der Technik kann zu einer Reihe von Mängeln der Spenderwalzen führen. Der Einsatz von flüchtigen Lösungsmitteln ist nützlich, um das Spritzen, Tauchen oder Gießen eines Harzes und das anschließende Trocknen des Harzes beim Verdampfen des Lösungsmittels zu ermöglichen. Jedoch entstehen durch das Verdampfen des Lösungsmittels Hohlräume in dem Harz, so daß die Qualität der Spenderwalze beim Einsatz in einem Druckverfahren leidet. Die von dem verdampften Lösungsmittel zurückgelassenen Hohlräume führen zu einer Diskontinuität von Teilchen in dem Harzbindemittel, die wiederum eine elektrische Diskontinuität der Spenderwalze bewirkt. Bereiche, denen leitende Teilchen fehlen, führen zu mangelhafter Entwicklung in diesen Bereichen und damit zu einer unvorteilhaften Veränderung der Bilddichte.
Der Einsatz von flüchtigen Lösungsmitteln führt auch zum Absetzen von leitenden Teilchen, so daß es zu einem elektrischen Gefälle in der Spenderwalze kommt. Auf einigen Einsatzgebieten ist ein elektrisches Gefälle, das beim Spritzen oder Gießen von Lösungen aus Lösungsmitteln, Harz und leitenden Teilchen ganz natürlich entsteht, unerwünscht. Wenn beispielsweise der Außendurchmesser der Spenderwalze maschinell auf ein genaues Maß bearbeitet werden soll, führt die Veränderung des Außendurchmessers zu einer Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit der Oberfläche der Spenderwalze, so daß die Oberflächenleitfähigkeit nicht ausreichend gesteuert werden kann.
Die Spenderwalze für das Gerät in Fig. 1 wird durch Schleuderguß oder Extrusion hergestellt, um die Verschlechterung der Druckbildqualität aufgrund flüchtiger Lösungsmittel zu vermeiden. Beim Schleuderguß wird ein flüssiges, aushärtbares, hitzehärtbares Harz, dem ein leitendes Füllmittel beigemischt ist, in eine sich drehende zylindrische Form eingeleitet und kann aushärten. Eine starre Trommel wird in der Form hergestellt, die den Maßen und der Oberflächenqualität des Inneren der Form entspricht. Eine riemengetriebene Schleuderform 202 befindet sich, wie in Fig. 4 zu sehen ist, auf Bearbeitungsplatte 210 und wird von einem Druckluftmotor 208 an Trägerflansch 214 angetrieben. Hochgenaue Hochgeschwindigkeitslager 204 ermöglichen es Form 202, sich mit hoher Geschwindigkeit in Lagergehäuse 206 zu drehen. Das Schleudergußverfahren führt zu einer Spenderwalze mit sehr genauen Maßtoleranzen, die denen der Form entsprechen. Darüber hinaus ist die Spenderwalze nahtlos und weist eine ausgezeichnete Oberflächenqualität, einen niedrigen UMC-Wert, ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, hohe Wärmebeständigkeit und gute Lösungsmittelbeständigkeit auf. Darüber hinaus ist es möglich, leitende Partikel in hoher Konzentration homogen zu verteilen.
Unabhängig davon, ob Schleudergießen oder Extrusion zur Herstellung der Spenderwalze eingesetzt wird, bei dem verwendeten Harz handelt es sich um ein hitzehärtbares Harz. Extrudierte hitzehärtbare Kunststoffe, wie z. B. schleudergegossene hitzhärtbare Kunststoffe weisen ausgezeichnete Maßstabilität, hervorragende Wärmebeständigkeit und größere mechanische Festigkeit auf. Beim Extrusionsverfahren führen hoher Druck und gleichmäßiger Schmelzverlauf zu einem stark vernetzten hitzehrtbaren Kunststoff mit verbesserter Gleichmäßigkeit. Die hochdichte Walze, die in einem Extrusionsverfahren hergestellt wird, weist geringe Porosität und damit verbesserte elektrische Kontinuität auf.
Zu den Hauptgruppen von hitzehärtbaren Kunststoffen gehören Phenol, Melamin, Epoxydharz, DAP (Diallylphthalat-Harz) Harnstoffe, Alkyde und Polyester. Hitzehärtbare Kunststoffe werden vernetzt und weisen relativ niedrige Viskosität auf, bis sie ausgehärtet sind. Ein hitzehärtbarer Kunststoff ist per defitionem hitzehärtbar und schmilzt nicht wieder, wenn er ausgehärtet ist. Phenole sind relativ billig, wärme- und flammbeständig, maßstabil und bieten sich zur Herstellung von Verbindungen und zum einfachen Formen an. Phenole stellen das bevorzugte hitzehärtbare Harz dar, es können jedoch auch andere hitzehärtbare Kunststoffe eingesetzt werden. Melamin ist sehr beständig gegenüber Kratzern, Epoxydharz weit eine gute chemische Beständigkeit auf, DAP ist langfristig maßstabil und Polyester haben gute elektrische Eigenschaften und sind schlagfest.
Kohlenstoffteilchen, wie beispielsweise fluorierte Kohlenstoff- oder Graphitteilchen, können als die leitenden Teilchen eingesetzt werden. Weiterhin vorgesehen ist der Einsaz von Graphitteilchen, die mit anderen leitenden Teilchen vermischt werden, die beim Extrusionsvorgang eine gewisse Schmierung gewährleisten, so beispielsweise Zinkoxid, Titanoxid, Zinnoxid oder Molybdändisulfid. Die entstehende extrudierte Phenolharz- /Graphit-Röhre 74 ist, wie in Fig. 5 zu sehen, homogen und weist nach dem Oberflächenschleifen keine nennenswerten Konzentrationsgefälle auf.
Durch Gießen oder Extrudieren können hitzehärtbare Röhren mit ungefähr 26,6 Millimeter Außendurchmesser und einer Wanddicke von ungefähr 1 bis 5 Millimeter hergestellt werden. Die leitenden Teilchen umfaßen von 6 bis 25 Masseprozent des Ausgangsteilchengemischs und vorzugsweise von 6 bis 15 Masseprozent des Ausgangsgemischs. Nach dem Extrudieren kann die Röhre auf die gewünschte Länge geschnitten werden. Der Innendurchmesser jeder Röhre wird vorzugsweise ausgesenkt, und Lager werden in jedes Ende der Röhre gepreßt. Anschließend wird die Außenfläche der mit Graphit versetzten Phenolröhre auf einen abschließenden Außendurchmesser von 25 Millimeter oberflächengeschliffen, wobei die Wanddicke an den Lagerenden ungefähr 1,6 Millimeter beträgt. Eine Zylindrizität von ungefähr 0,025 Millimeter und eine Unwucht von weniger als 0,05 Millimeter lassen sich erreichen. Der spezifische Oberflächenwiderstand der fertig geschliffenen Walzen sollte vorzugsweise weniger als 10¹¹ Ohmcm und vorzugsweise ungefähr 10¹ Ohmcm bis ungefähr 10&sup9; Ohmcm betragen. Eine Spenderwalze mit den obenbeschriebenen Abmessungen wiegt ungefähr 186 Gramm, im Vergleich dazu wiegt eine mit Teflon beschichtete Aluminiumwalze mit gleicher Größe ungefähr 352 Gramm, und eine typische Phenolwalze mit einer massiven Stahlwellenmitte wiegt 869 Gramm.

Beispiel 1

Phenol-Graphit-Walzen, wie die in Fig. 5 dargestellte, wurden in einem Entwicklergehäuse getestet und mit einer mit Teflon-S beschichteten Aluminiumwalze und einer Phenolwalze, die mit einer massiven Stahlwelle durch die Phenolwalzen-Mitte (und Lagern an jedem Ende) hergestellt wurde, als Vergleichsbeispiele verglichen.

Testwalzen-Bedingungen

Tonermaterialien: Schwarzer Toner, der aus 90 % Styren- Butadien (zu beziehen von Goodyear), 8 % Regal-330-Ruß (von Cabot Corporation zu beziehen), 2 % Dodecyldimethyl-Ammoniumsulfat (ein Tonerladungs-Steuermittel) + 1 % oberflächenbehandeltem Siliciumoxid bestand, das als Flußmittel diente.
Walzengeschwindigkeiten: Spenderwalze 8 Inch/s, Ladestange 4 Inch/s, Tonerbewegungseinrichtung 15 Inch/s
Spannungen: Spenderwalze bei Null, Tonerbewegungseinrichtung bei + 1000 V, Ladestange bei + 100 V.
Vorgang: Toner wurde in das Entwicklergehäuse eingeleitet und lief ungefähr 15 Minuten lang bis zur gleichmäßigen Verteilung. Tonerproben wurden dann mit einem normalen Faradayschen Käfig von der Spenderwalze abgenommen.
Zwischen den Proben lag eine Minute Laufzeit. Folgende Versuchsergebnisse wurden erzielt:
Die Versuchsergebnisse zeigen, daß jede der in Fig. 5 dargestellten Phenol-Graphit-Walzen den Toner durch Reibung auf ungefähr den gleichen Pegel wie jede der Vergleichswalzen lud. Die Tonermassen-Deckung bei den Phenol-Graphit-Walzen war im allgemeinen höher als bei jeder der Vergleichswalzen. Die Tonergleichmäßigkeit um die Walze und über ihre Länge war besser als bei mit Teflon-S beschichteten Walzen. Die Ladungsspektren von Toner auf Phenolwalzen wiesen eine geringere Ladungsverteilung als Teflon-S-Spenderwalzen auf. Die Phenolwalzen mit der Graphitbeimischung zeigten im Vergleich zu den typischen Phenol-Walzen einen breiteren annehmbaren Spielraum.

Claims

1. Elektrostatographischer Drucker, der umfaßt: einen Photorezeptor (10);

eine Ladeeinrichtung (B), die ein latentes Bild auf dem Photorezeptor erzeugt;

eine Entwickler-Auftrageeinrichtung (C), die Entwicklermaterial auf den Photorezeptor aufträgt;

wobei die Entwickler-Auftrageeinrichtung eine Spenderwalze (74) in einem Entwicklerbehälter (78) umfaßt; und

eine Übertragungseinrichtung (D), die das aufgetragene Entwicklermaterial auf ein Blatt (46) Trägermaterial überträgt;

dadurch gekennzeichnet, daß: die Spenderwalze eine extrudierte oder schleudergegossene Walze ist und ein homogenes Gemisch aus einem hitzehärtbaren Kunststoff und einem Leiter mit ungefähr 6 bis ungefähr 25 Masseprozent des Leiters umfaßt.

2. Drucker nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem hitzehärtbaren Kunststoff um einen Harz handelt, das aus Phenol, Melamin, Epoxidharz, Diallylphthalat, Harnstoff, Alkyden und Polyestern ausgewählt wird.

3. Drucker nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Leiter Graphitteilchen oder fluorierte Kohlenstoffteilchen umfaßt.

4. Drucker nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Spenderwalzengemisch des weiteren ein Schmiermittel umfaßt.

5. Drucker nach Anspruch 4, wobei das Schmiermittel aus Zinkoxid, Titanoxid, Zinnoxid oder Molybdändisulfid ausgewählt wird.

6. Drucker nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Walze vorzugsweise von ungefähr 6 bis ungefähr 15 Masseprozent umfaßt.

7. Drucker nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der spezifische Oberflächenwiderstand der Spenderwalze unter 10¹¹ Ohmcm und vorzugsweise im Bereich von 10¹ Ohmcm bis 10&sup9; Ohmcm liegt.

8. Drucker nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Walze eine Wanddicke von ungefähr 1,6 Millimeter hat.

9. Drucker nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Spenderwalze des weiteren Lager umfaßt, die in jedes Ende der Walze preßgepaßt werden.