DE69716662T2 - Dichtungssystem - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Abdichten eines Drehelementes.
• Ein Einsatzgebiet für derartige Abdichtsysteme stellt das elektrofotografische Drucken dar.
• Beim Vorgang des elektrofotografischen Drückens ist der Schritt des Beförderns von Toner auf das latente Bild auf einem Fotorezeptor als "Entwickeln" bekannt. Das Ziel wirkungsvollen Entwickelns eines latenten Bildes auf dem Fotorezeptor besteht darin, Entwicklermaterial in einer gesteuerten Menge auf das latente Bild zu befördern, so dass das Entwicklermaterial wirkungsvoll elektrostatisch an den geladenen Bereichen auf dem latenten Bild haftet. In einer Entwicklungsstation entwickelt ein Entwicklungssystem bzw. eine Entwicklereinheit das auf der fotoleitenden Fläche aufgezeichnete latente Bild. In einer Kammer in einem Entwicklungsgehäuse wird ein Vorrat an Entwicklermaterial aufbewahrt. Um das Entwicklermaterial in der Kammer zu dem latenten Bild zu befördern und den Entwickler zu mischen und reibungselektrisch aufzuladen, ist eine Reihe von Schnecken und Magnetwalzen funktionell in der Kammer angeordnet und wird von dem Entwicklergehäuse getragen. Da diese Schnecken und Walzen sich drehen, werden Dichtungslager eingesetzt, um die Walzen in dem Gehäuse zu tragen.
• Ein häufig auftretender Fehler an der Lager/Dichtungs-Baugruppe ist der Verlust von Leitfähigkeit zwischen dem äußeren Walzengehäuse und der Anbringungswelle bei dem System, bei dem Vorspannung erzeugt wird, indem leitendes Fett im Inneren des Lagers eingesetzt wird. Aufgrund der beschränkten physischen Größe des Lagers erzeugt ein Einkerben der Kugeln, das durch Gleiten und unzureichende Lastverteilung verursacht wird, eine viskoelastische Kraft, die ihrerseits Zerfall aufgrund von Temperaturanstieg des Lagers und schließlich Verlust der Vorspannung der Walze verursacht.
• Temperaturanstieg in der Baugruppe wird auch durch die Elastomerlippendichtung verursacht, die auch als äußere Dichtung oder Zusatzdichtung bekannt ist. Da die äußere Dichtung unabhängig von dem inneren Ring des Lagers ist, entstehen durch Toleranz summierung und Fehlausrichtung der Lagerbohrung gegenüber der Innenausdehnung der Dichtung Bereiche mit engem Kontakte bzw. Hohlräume um den Wellendurchmesser herum, wodurch Nachfüllmaterial das Lager verunreinigen kann. Der außerordentlich starke Temperaturanstieg bewirkt, dass sich Zusammenballungen bilden und schließlich mit dem Entwicklermaterial vermischt werden. Aus US-A-4 842 423 ist ein System zum Abdichten eines sich drehenden Elementes in einer Entwicklereinheit bekannt.
• Es hat sich herausgestellt, dass durch die aggressive Wirkung von Träger und Kern die Elastomer-Zusatzdichtung leidet, die dem Material direkt ausgesetzt ist. Wenn die Lippendichtung brüchig wird, dringt der feine Tonerteilchenstaub in die Baugruppe ein und überwindet bald die empfindliche Lagerdichtung und bewirkt Festfressen des Lagers.
• Es ist wünschenswert, über eine Lagerdichtung zu verfügen, die dem aggressiven Einfluss widersteht und mit der die oben erwähnten Probleme gelöst werden.
• Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein System zum Abdichten eines Elementes geschaffen, das sich um eine Tragachse herum dreht. Das System enthält eine Dichtungsbaugruppe, wobei die Dichtungsbaugruppe mit einem Schneider in Kontakt ist, der einen Teil der Dichtungsbaugruppe abschneidet, um die Dichtungsbaugruppe um das Element herum abzudichten. Eine Lagerbaugruppe wird von der Dichtungsbaugruppe umschlossen und trägt das Element drehend.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Entwicklereinheit geschaffen, die ein elektrostatisches latentes Bild entwickelt, wobei die Entwicklereinheit das erwähnte System zum Abdichten eines Elementes umfasst.
• Ausführungen der Erfindung werden im Folgenden als Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
• Die Erfindung im Folgenden anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wird, wobei:
• Fig. 1 bis 4 Teilschnittansichten einer Dichtung für ein Entwicklungsgehäuse sind; und
• Fig. 5 eine schematische Ansicht eines veranschaulichenden elektrostatografischen Druckgerätes ist, das die Magnetdichtung mit konischen Abzweigungen (tapered shunts) für das Entwicklungsgehäuse enthält.
• Obwohl die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einer bevorzugten Ausführung derselben beschrieben wird, versteht sich, dass nicht beabsichtigt ist, die Erfindung auf diese Ausführung zu beschränken. Sie soll im Gegenteil sämtliche Alternativen, Abwandlungen und Äquivalente abdecken, die in den Geist und den Schutzumfang der Erfindung fallen können, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
• Da die Technologie des elektrofotografischen Drückens bekannt ist, werden die verschiedenen Bearbeitungsstationen, die in dem Druckgerät in Fig. 5 zum Einsatz kommen, im Folgenden schematisch dargestellt, und ihre Funktion wird unter Bezugnahme darauf kurz beschrieben.
• Es wird zunächst auf Fig. 5 Bezug genommen, in der ein veranschaulichendes elektrofotografisches Druckgerät dargestellt ist, das die Entwicklungsvorrichtung enthält. Das Druckgerät enthält einen Fotorezeptor in Form eines Bandes mit einer fotoleitenden Oberflächenschicht 42 auf einem elektrisch leitenden Substrat 44. Vorzugsweise besteht die Oberfläche 42 aus einer Selen-Legierung. Das Substrat 44 besteht vorzugsweise aus einer Aluminium-Legierung oder einer geeigneten lichtempfindlichen organischen Verbindung. Das Substrat 44 besteht vorzugsweise aus einem Polyesterfilm, beispielsweise aus Mylar (ein Warenzeichen von Dupont (UK) Ltd.), auf den eine dünne Schicht einer Aluminium-Legierung aufgetragen ist, die elektrisch geerdet ist. Das Band wird mit einem Motor 54 auf einem Weg angetrieben, der durch Walzen 49, 50 und 52 gebildet wird, wobei die Bewegungsrichtung, wie zu sehen und mit Pfeil 46 dargestellt, entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtet ist. Zunächst durchläuft ein Teil des Bandes 40 eine Ladestation A, in der eine Corona-Erzeugungsvorrichtung 48 Oberfläche 42 auf ein relativ hohes, im Wesentlichen gleichmäßiges Potenzial lädt. Eine Hochspannungsquelle 50 ist mit Vorrichtung 48 verbunden.
• Dann wird der geladene Teil der fotoleitenden Oberfläche 42 durch Belichtungsstation B transportiert. In Belichtungsstation B erzeugt ROS 56 das Bild in einer Reihe horizontaler Abtastzeilen, wobei jede Zeile eine vorgegebene Anzahl von Bildpunkten pro Inch aufweist. Der ROS enthält einen Laser, zu dem ein sich drehender Polygonspiegel- Block gehört. Der ROS belichtet die geladene fotoleitende Oberfläche des Druckers.
• Nachdem das elektrostatische latente Bild auf der fotoleitenden Oberfläche 42 aufgezeichnet worden ist, transportiert Band 40 das latente Bild, wie in Fig. 5 dargestellt, zu Entwicklungsstation C. In Entwicklungsstation C entwickelt ein Entwicklungssystem bzw. eine Entwicklereinheit 60 das auf der fotoleitenden Oberfläche aufgezeichnete latente Bild. Die Kammer im Entwicklergehäuse 81 enthält einen Vorrat an Entwicklermaterial 59. Das Entwicklermaterial 59 kann ein Zweikomponenten-Entwicklermaterial sein, das wenigstens aus magnetischen Trägerkörnchen besteht, an denen Tonerteilchen reibungselektrisch haften. Es versteht sich, dass das Entwicklermaterial desgleichen ein Einkomponenten-Entwicklermaterial umfassen kann, das vorrangig aus Tonerteilchen besteht.
• Wie unter weiterer Bezugnahme auf Fig. 5 zu sehen ist, transportiert Band 40, nachdem das elektrostatische latente Bild entwickelt worden ist, das entwickelte Bild zu Übertragungsstation D, in der ein Kopieblatt 64 durch Walze 62 und Führungen 66 mit dem entwickelten Bild auf Band 40 in Kontakt gebracht wird. Eine Corona-Erzeugungsvorrichtung 68 dient dazu, Ionen auf die Rückseite des Blattes zu sprühen, um das Tonerbild von Band 40 an das Blatt anzuziehen. Wenn das Band um Walze 48 läuft, wird das Blatt mit dem Tonerbild darauf davon gelöst.
• Nach dem Übertragen wird das Blatt durch eine Fördereinrichtung (nicht dargestellt) zu Fixierstation E transportiert. Fixierstation E enthält eine beheizte Fixierwalze 70 sowie eine Stützwalze 72. Das Blatt läuft zwischen der Fixierwalze 70 und der Stützwalze 72 hindurch, wobei das Tonerpulverbild mit Fixierwalze 70 in Kontakt kommt. So wird das Tonerpulverbild fest auf dem Blatt fixiert. Nach dem Fixieren durchläuft das Blatt den Schacht 74 zu Auffangfach 76, wo es anschließend von der Bedienungsperson aus dem Druckgerät entnommen wird.
• Nachdem das Blatt von der fotoleitenden Oberfläche 42 von Band 40 getrennt worden ist, wird das restliche Entwicklermaterial, das an der fotoleitenden Oberfläche 42 haftet, davon in Reinigungsstation F durch eine drehbar angebrachte Faserbürste 78 entfernt, die mit der fotoleitenden Oberfläche 42 in Kontakt kommt. Nach dem Reinigen bestrahlt eine Entladelampe (nicht dargestellt) die fotoleitende Oberfläche 42 mit Licht, um jegliche elektrostatische Restladung, die darauf verblieben ist, vordem Laden für den nächsten Bilderzeugungszyklus aufzulösen.
• In Fig. 5 ist eine Entwicklerdichtung zum Abdichten einer Welle in die Entwicklereinheit 60 in Fig. 5 integriert dargestellt. Wie unter Bezugnahme auf Fig. 5 zu sehen ist, weist Entwicklergehäuse 81 Kammer 82 auf, in der das Entwicklermaterial 59 aufbewahrt wird. Das Entwicklermaterial 59 wird durch eine erste bzw. zweite Schnecke 83 und 84 gerührt und verteilt, die sich in der Kammer 82 befinden. Die Schnecken 83 und 84 können jede beliebige geeignete Form haben, normalerweise enthalten sie jedoch spiralförmige Flügel 86, die sich von mittig angeordneten Wellen 88 aus erstrecken. Transportwalze 94 befindet sich ebenfalls in der Kammer 82 und dient dazu, Entwicklermaterial 59 zu Spenderwalze 96 zu transportieren. Die Spenderwalze 96 befindet sich ebenfalls in der Kammer 82 und dient dazu, das Entwicklermaterial 59 zu dem fotoleitenden Band 40 zu transportieren.
• Das Entwicklergehäuse 81 kann aus jedem beliebigen geeigneten haltbaren Material, so beispielsweise einem Metall, haltbarem Kunststoff oder einem Verbundmaterial, bestehen. So kann das Entwicklergehäuse 81 beispielsweise kostengünstig aus geformtem Kunststoff hergestellt werden.
• Wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 4 zu sehen ist, dichtet die Lager/Dichtungs-Konstruktion Wellen 88 ab, die in Fig. 1 bis 4 mit 108 gekennzeichnet sind. Bei der dargestellten Ausführung wird eine Buchse 106 eingesetzt, die vorzugsweise aus rostfreiem Stahl besteht und leicht in eine Bohrung des radialen Kugellagers 102 mit Abschirmung mit einem Innendurchmesser von 12 mm und einem Außendurchmesser von 28 mm eingepresst wird. Dadurch wird die Buchse zu einer Verlängerung des inneren Lagerrings 109. Die scheibenartige Labyrinthdichtung 112 wird auf die Achse 106 aufgesetzt, wobei eine genaue Beziehung der Dichtung zu den Lagerbohrungen beibehalten wird. Die erste Komponente der dreistufigen Dichtung ist der"O"-Ring 104, der vorzugsweise aus einer nichthaftenden Fläche, wie beispielsweise Teflon (ein Warenzeichen von Du- Pont (UK) Ltd.), besteht, die über den größten Absatz der Buchse gezogen ist und an die Fläche des inneren Rings des Lagers gespannt wird.
• Die zweite Komponente ist eine aus leitendem Polyolefin bestehende scheibenförmige Labyrinthdichtung, die auf die Buchse 106 gepresst wird, wobei eine Presspassung zwischen 0,001 und 0,002 Inch (0,003 bis 0,005 cm) vorliegt. Die Ausführung in Fig. 1 bis 4 weist eine selbstpassende Struktur auf, bei der die Dichtung 112 eine Innennut bildet, die durch einen Abschnitt der Buchse 106 mit einem gerippten Schneider 120 gefräst wird, wobei das Ergebnis in Fig. 4 dargestellt ist. Die innere Dichtung wird erst beim abschließenden Zusammensetzen, wenn die äußere Kappe 118 aufgepresst wird, und im laufenden Betrieb erzeugt. Ein vorderer und ein hinterer Raum 116 und 110 zum Auffangen von Rückständen in der Buchse fangen jegliches Kunststoffmaterial auf, das bei dem Passvorgang anfällt.
• Eine Abschirmung 114 sitzt in Gleitpassung auf der verbleibenden Schulter der Buchse 106 an der Dichtung 112. Vorzugsweise besteht die Abschirmung beispielsweise aus 0,015 Inch (0,038 cm) dickem, mit Keramik beschichtetem, angelassenem rostfreiem Stahl. Ein einzigartiges Merkmal dieser Abschirmung besteht darin, dass die Bohrung einen radialen Abstand zum Außendurchmesser der Buchse von 0,001 Inch (0,003 cm) hat, wobei diese enge Passung durch einen Vorgang zum Feinschneiden der Bohrung erreicht wird. Die Keramikbeschichtung dient als Wärmeabschirmung, die entstehende Wärme von dem Wellenstumpf in der Dichtung zu der Aluminiumkappe überträgt, die als wirkungsvolle Wärmeableitung dient.
• Es wird davon ausgegangen, dass die Ausführung in Fig. 1 bis 4 unter Berücksichtigung des Aufbaus und der Anordnung der wesentlichen Elemente derselben nunmehr aus einer Beschreibung ihrer Funktion vollständig verständlich wird. Während des anfänglichen Betriebes wird die Labyrinthdichtung 112 durch das Fräsen einer Nut, die durch den gerippten Schneider 120, der an Buchse 106 ausgebildet ist, darin hergestellt wird, automatisch aufgepasst. Die stark schleifenden größeren Träger- und Kernteilchen (40 um und größer) werden durch die äußere Abschirmung aus angelassenem rostfreiem Stahl aus der Kunststoff-Labyrinthdichtung herausgehalten. Die keramische Beschichtung auf der äußeren Abschirmung wird durch die Abriebwirkung des Nachfüllmaterials praktisch nicht beeinflusst. Die äußere Abschirmung aus mit Keramik beschichtetem rostfreiem Stahl trägt dazu bei, den Anstieg der Innentemperatur von Lager/Dichtung von der Welle und der Dichtungsbohrung zu der Aluminiumkappe zu übertragen, die als wirkungsvolle Warmeleitung dient, wodurch die Ansammlung geschmolze ner Tonerteilchen um die Welle herum, die zur Ausbildung von Zusammenballungen führt, erheblich verringert wird. Die selbstpassenden Eigenschaften des Polyolefins weisen gute Wärmestabilität auf und werden durch Alter oder Feuchtigkeit nicht beeinflusst. Vorzugsweise ist die Dichtung leitend (mehr als 3 K Ohm/cm), wodurch nicht auf leitendes Fett im Inneren des Radiallagers zurückgegriffen werden muss. Die Dichtung weist ausgezeichnete Abriebfestigkeit auf, so dass die Walzenvorspannung bei minimalem Verschleiß nach anfänglichem "Aufpassen" der Dichtung aufrechterhalten wird. Die Dichtung bildet eine ausgezeichnete Sperre gegenüber kleinerem Träger/Kern-Material durch ihren Kontakt mit dem "Schneider" der Buchse über ihre Innennut, die durch den Passvorgang ausgebildet wird. Diese Stufe dichtet gegen den Rest von Träger/Kern und den Großteil der weniger abreibenden Tonerteilchen ab. Die letzte Stufe bzw. innere Dichtung stellt ein "O"-Ring aus Teflon® dar, der als Sperre gegen die letzten bzw. kleinsten Teilchen dient. Das Teflon® ist aufgrund einer ausgezeichneten Dichtung über ein breites Spektrum von Betriebstemperaturen "O"-Ringen aus Elastomer weit überlegen. Die Teflon®-Dichtung bewirkt ausgezeichnete Verringerung der Betriebstemperatur bei Reibungslast, wobei die Teflon®-Zusammensetzung des Rings als gute "Lager"- Fläche dient, die mit der Dichtung und dem inneren Ring des Radiallagers in Kontakt kommt.
• Obwohl die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit verschiedenen Ausführungen beschrieben worden ist, ist klar, dass für den Fachmann viele Alternativen, Abwandlungen und Veränderungen auf der Hand liegen. Dementsprechend sollen alle diese Alternativen, Abwandlungen und Veränderungen in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims (10)

1. System zum Abdichten eines Elementes (108), das sich um eine Tragachse dreht, das umfasst:

eine Dichtungsbaugruppe (104, 112, 114);

einen Schneider (120), der mit der Dichtungsbaugruppe in Kontakt ist und einen Teil der Dichtungsbaugruppe abschneidet, um die Dichtungsbaugruppe um das Element herum abzudichten; und

eine Lagerbaugruppe (102, 106, 109), die von der Dichtungsbaugruppe umschlossen wird und das Element drehend trägt.

2. System nach Anspruch 1, wobei die Lagerbaugruppe den Schneider enthält.

3. System nach Anspruch 1, wobei der Schneider die Dichtungsbaugruppe nur während der anfänglichen Drehung des Elementes abschneidet.

4. System nach Anspruch 1, das des Weiteren Einrichtungen (110,116) zum Entfernen des abgeschnittenen Teils der Dichtungsbaugruppe umfasst.

5. System nach Anspruch 1, wobei die Dichtungsbaugruppe eine labyrinthförmige Dichtung (112) enthält.

6. System nach Anspruch 5, wobei der Schneider eine gerippte Form hat, die eine Innennut in der labyrinthförmigen Dichtung herstellt.

7. System nach Anspruch 5, wobei die Dichtungsbaugruppe einen O-Ring (104) enthält, der zwischen der labyrinthförmigen Dichtung und der Lagerbaugruppe angeordnet ist.

8. System nach Anspruch 5, wobei die Dichtungsbaugruppe eine Abschirmung (114) und eine Kappe (118) enthält, die die labyrinthförmige Dichtung umschließt.

9. System nach Anspruch 1, wobei die Dichtungsbaugruppe leitend ist.

10. Entwicklereinheit (60), die ein elektrostatisches latentes Bild entwickelt, wobei die Einheit das System nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst.