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Diese Erfindung betrifft eine Primärladungswalze
zur Verwendung in einer elektrofotografischen Vorrichtung, wie z.
B. einem Laserdrucker.
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Im Allgemeinen werden in einer Bilderzeugungsvorrichtung,
wie z. B. einem Laserdrucker, die folgenden Prozesse ausgeführt:
- a) es wird eine gleichförmige Verteilung von elektrischen
Ladungen auf einer Oberfläche
eines elektrostatische Latentbilder tragenden Körpers erzeugt;
- b) es wird ein elektrostatisches Latentbild auf einem geladenen
Bereich der Bild-tragenden Körperoberfläche durch
eine optische Schreibeinrichtung, wie z. B. einen Laserstrahlscanner,
ein LED (lichtemittierende Diode)-Array, ein Flüssigkristallverschlussarray
oder dergleichen, gebildet;
- c) es wird das Latentbild als ein sichtbares Bild mit einem
Entwickler oder Toner entwickelt, der elektrostatisch geladen ist,
um an der Latentbildzone elektrostatisch anzuhaften;
- d) es wird das entwickelte und geladene Tonerbild von der Oberfläche des
Bild-tragenden Körpers auf
ein Aufzeichnungsmedium, wie z. B. ein Papiereinzelblatt, übertragen;
und
- e) das übertragene
Tonerbild wird auf dem Papiereinzelblatt durch eine Tonerbildfixiereinrichtung, wie
z. B. eine Wärmewalze,
fixiert und aufgezeichnet.
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Typischerweise kann der elektrostatische Latentbilder
tragende Körper
ein elektrofotografischer Fotorezeptor sein. Der Rezeptor ist üblicherweise
als eine Trommel ausgebildet, die fotoleitende Trommel genannt wird.
Die fotoleitende Trommel weist typischerweise eine zylindrische
leitende Oberfläche
und einen fotoleitenden isolierenden Film auf, der an der zylindrischen
leitenden Oberfläche
gebunden ist. Beim Aufladeprozess wird ein elektrischer Entlader,
der typischerweise Primärladungswalze
genannt wird, verwendet, um den geladenen Bereich auf der fotoleitenden
Trommel zu erzeugen. Eine solche Primärladungswalze ist typischerweise
benachbart zur und parallel zur fotoleitenden Trommel ausgerichtet,
so dass sie sich mit der fotoleitenden Trommel entlang im Wesentlichen
der ganzen Länge
der Primärladungswalze
in Berührung
befindet. Die Primärladungswalze
muss mit der fotoleitenden Trommel in Berührung stehen, um die Oberfläche der
fotoleitenden Trommel voll aufzuladen.
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Typischerweise umfassen Laserdrucker
eine ersetzbare Patrone. Die Patrone umfasst die fotoleitende Trommel,
die Primärladungswalze,
Toner und eine Entwicklerwalze. Die Patrone wird periodisch ersetzt,
nach Bedarf, wenn ein Teil oder Teile defekt werden oder der Toner
vollständig
verbraucht ist. Eine Patrone kann typischerweise so lange wie für 17000–24000 Kopien
bei 2,5% Bedeckung pro Kopie ausreichen. Ein Typ eines vorzeitigen
Defekts, der die fotoleitende Trommel und die Primärladungswalze
einbegreift, wird Schneidkantendefekt oder Schwarzzeilenmanko genannt.
Der Rand der Aufladewalze, der mit der fotoleitenden Trommel in
Berührung
steht, wetzt eine Nut in die fotoleitende Trommel, so dass die Oberfläche der
fotoleitenden Trommel nicht gleichförmig aufgeladen werden kann.
Dies erzeugt eine Schwarzzeile auf jeder Seite, die gedruckt wird.
Es kann auch sowohl die Primärladungswalze
und/oder die fotoleitende Walze zerstören, wodurch die Patrone nutzlos
gemacht wird.
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Verschiedene Versuche, dieses vorzeitige Verschleißen der
fotoleitenden Trommel durch die Ränder der Primärladungswalze
zu verhindern, sind gemacht worden. z. B. sind Rundungsradien oder Abschrägungen auf
den Rändern
der Primärladungswalze
vorgesehen worden. Die vorliegende Erfindung beseitigt die Notwendigkeit
für einen
solchen Rundungsradius oder Abschrägung, während ein Schneidkantendefekt
verhindert wird.
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Zahlreiche Primärladungswalzenkonfigurationen
werden im Stand der Technik verwendet. Variationen in der Konfiguration
sind gemacht worden, um verschiedene Kernpunkte bei der Primärladungswalze
und der fotoleitenden Trommel anzugehen. z. B. offenbart das US-Patent
5,541,711 ein Aufladeelement mit einem inneren Hohlraum. Dieser
innere Hohlraum soll Geräusch
beseitigen, das erzeugt werden kann, wenn die fotoleitende Trommel
aufgeladen wird. Dieser Hohlraum wird durch die Metallwelle, um die
sich die Aufladewalze dreht, und die Außenseite der Aufladewalze begrenzt.
Der innere Hohlraum erstreckt sich im Wesentlichen die ganze Länge der Aufladewalze
und nimmt ein wesentliches Volumen der Aufladewalze ein. Der in
dem Patent beschriebene Hohlraum geht ein Problem an, das von dem Schneidkantendefekt,
der durch die vorliegende Erfindung angegangen wird, verschieden
ist. Weiter umfasst das Patent einen inneren Hohlraum, der vollständig in
der Aufladewalze umschlossen wird. Im Gegensatz dazu erfordert die
vorliegende Erfindung einen Spalt, der auf drei Seiten begrenzt
ist, aber auf der vierten Seite offen ist. Die vorliegende Erfindung umfasst
keine Primärladungswalzenkonfiguration, bei
der die vierte Seite des Spalts auch umschlossen ist.
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Die vorliegende Erfindung stellt
eine Primärladungswalze
zum Aufladen einer fotoleitenden Trommel bereit, umfassend eine
Welle und einen Walzenkern, der um die Welle angeordnet ist und sich
entlang eines Teils der Länge
der Welle erstreckt, wobei der Walzenkern entlang der Länge des Kerns
an der Welle angebracht ist, wobei der Walzenkern ein erstes und
zweites Ende aufweist und wobei eine ringförmige Lippe von mindestens
einem der Enden des Walzenkerns axial vorsteht, so dass ein Spalt
zwischen der ringförmigen
Lippe des Walzenkerns und der Welle gebildet ist, und wobei die ringförmige Lippe
die Welle vollständig
umgibt; dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder besagte Spalt
mit Luft oder mit einem Material mit einer Shore-A-Härte gefüllt ist,
die kleiner ist als diejenige des Materials, aus dem der Walzenkern
hergestellt ist.
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Die Erfindung stellt weiter eine
Laserdruckerpatrone bereit, umfassend: eine fotoleitende Trommel
und eine Primärladungs walze,
wobei die Primärladungswalze
oben dargelegt ist.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun
anhand eines Beispiels und mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen
beschrieben.
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1 ist
eine Aufrissansicht einer Primärladungswalze
gemäß der Erfindung;
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2 ist
eine Endaufrissansicht der Primärladungswalze
mit einer Beschichtung;
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3 ist
eine Endaufrissansicht der Primärladungswalze
ohne eine Beschichtung;
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4 ist
eine Seitenaufrissansicht eines Laserdruckers, wobei die Laserdruckerpatrone
von dem Drucker entfernt ist; und
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5 ist
eine bruchstückhafte
Aufrissansicht der Primärladungswalze.
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Primärladungswalzen sind im Stand
der Technik wohlbekannt. Jegliche Primärladungswalze, die im Stand
der Technik bekannt ist, kann modifiziert werden, um in der vorliegenden
Erfindung verwendet zu werden. Eine Primärladungswalze 10 gemäß der Erfindung
umfasst eine Welle 12 und einen Walzenkern 14.
Die Welle 12 muss aus einem Material hergestellt sein,
das eine ausreichende Steifigkeit und Festigkeit liefert, um den
Walzenkern 14 zu tragen, so dass der Walzenkern mit der
fotoleitenden Trommel entlang im Wesentlichen der ganzen Länge des Walzenkerns
in Berührung
steht. Die Welle 12 kann aus Metall, glas- oder graphitvorimprägnierten
Verbundstoffen hergestellt sein. Vorzugsweise ist die Welle 12 aus
Metall hergestellt. Bevorzugter ist sie aus Stahl hergestellt und
sogar noch bevorzugter ist sie aus Edelstahl hergestellt. Die Welle 12 muss
mindestens so lang wie die fotoleitende Trommel sein. Die Länge der
Welle 12 und der fotoleitenden Trommel wird durch die Breite
des Mediums bestimmt, auf das ein Bild aufzutragen ist. Eine typische
Welle 12 ist von etwa 245 bis etwa 400 Millimeter lang.
Der Außendurchmesser
des Teils der Welle 12, der nicht durch den Walzenkern 14 bedeckt
wird, kann von etwa 4 bis etwa 9 Millimeter reichen, vorzugsweise etwa
6 bis etwa 9 Millimeter. Bevorzugter ist der Welle 12-Durchmesser
etwa 6 Millimeter. Die Welle 12 kann durch jegliches Mittel
hergestellt sein, das im Stand der Technik bekannt ist, einschließlich Extrudieren
und/oder maschinelles Herstellen.
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Der Walzenkern 14 kann aus
jeglichem Material hergestellt sein, das elektrisch leitend ist
und auch gute Verschleisseigenschaften liefert. Vorzugsweise ist
der Walzenkern 14 aus einem thermoplastischen oder duroplastischen
Polymer hergestellt, vorzugsweise einem thermoplastischen oder duroplastischen
Polymer, das mit einem leitenden Material beladen ist, wie z. B.
Kohlenstoff. Bevorzugter ist er aus einem Kohlenstoff-beladenen
Ethylen-Propylen-Terpolymer (EPDM) oder Kohlenstoff-beladenen Styrol-Butadien-Kautschuk
(SBR) hergestellt. Die Länge des
Walzenkerns muss kleiner sein als die Länge der Welle 12.
Typischerweise beträgt
die Länge
des Walzenkerns von etwa 230 bis etwa 380 Millimeter. Der Außendurchmesser
des Walzenkerns 14 kann von etwa 10 bis etwa 14 Millimeter
reichen, vorzugsweise etwa 12 bis etwa 14 Millimeter.
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Die Primärladungswalze 10 kann
weiter eine Beschichtung 16 auf der Außenseite des Walzenkerns 14 umfassen,
wie in dem US-Patent No. 5,541,711 offenbart. Siehe 2. Eine solche Beschichtung 16 umfasst
mindestens eine leitende Beschichtung. Die leitende Beschichtung
liefert eine Berührungsoberfläche zwischen
der fotoleitenden Trommel und der Primärladungswalze 10.
Sie reduziert Verschleiss auf der fotoleitenden Trommel. Die leitende
Beschichtung ist vorzugsweise aus Kohlenstoff-beladenem EPDM oder
Nylon hergestellt. Die Beschichtung kann weiter eine widerstandsbehaftete Beschichtung
umfassen, die aus einem widerstandsbehafteten Kautschuk hergestellt
sein kann, vorzugsweise Hydrinkautschuk. Die Beschichtung muss so aufgebracht
sein, dass die leitende Schicht die fotoleitende Trommel berührt. Mit
anderen Worten muss die leitende Schicht die äußerste Schicht sein. Die Beschichtung
reicht in der Dicke von etwa 3 bis etwa 300 Mikrometern, vorzugsweise
von etwa 3 bis etwa 10 Mikrometern. Wenn eine widerstandsbehaftete Schicht
auch aufgebracht wird, reicht sie vorzugsweise in der Dicke von
etwa 100 bis etwa 300 Mikrometern.
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Wie in 1 dargestellt,
weist der Walzenkern 14 zwei Enden auf, ein erstes Ende 18 und
ein zweites Ende 20. Eine ringförmige Lippe 22 steht
von mindestens einem Ende des Walzenkerns 14 vor, wodurch
ein Spalt 24 zwischen der Lippe 22 und der Welle 12 gebildet
wird. Die ringförmige
Lippe 22 ist kontinuierlich und umgibt die Welle. Der Spalt
ist auf zwei Seiten durch den Walzenkern 14 und auf einer Seite
durch die Welle 12 begrenzt; er ist auf der vierten Seite
offen.
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Vorzugsweise steht die ringförmige Lippe 22 von
beiden Enden des Walzenkerns 14 vor. Der Spalt 24,
der so gebildet ist, ermöglicht,
dass sich die Enden des Walzenkerns 14 von der fotoleitenden
Trommel wegbiegen, wenn eine Kraft ausgeübt wird (d. h., wenn die Trommel
und die Primärladungswalze 10 in Berührung stehen),
wodurch ein übermäßiger Verschleiss
auf der Trommel von den Endecken der Primärladungswalze 10 verhindert
wird. Wenn die Primärladungswalze 10 eine
Beschichtung 16 aufweist, bedeckt die Beschichtung 16 auch
die zum Vorstehen gebrachte Lippe 22. Die im Innern befindliche Ecke 26,
wo die Lippe 22 mit dem Kern in Berührung steht, kann eine gerundete
Ecke sein, oder sie kann eine rechtwinklige Ecke sein. Siehe die 5. Die Lippe 22 kann
von jeglicher Dicke sein, solange wie die Lippe ausreichend getragen
wird, so dass sie nicht vom Rest des Walzenkerns 14 abreißt oder
infolge ihrer konstanten Berührung
mit der fotoleitenden Trommel zu schnell verschleisst. Die Dicke
der Lippe 22 wird durch die Höhe h des Spalts 24 zwischen
der Lippe und der Welle 12 gesteuert. Die Dicke der Lippe 22 sollte
mindestens etwa 0,5 Millimeter betragen. Vorzugsweise ist die Höhe h des
Spalts 24 kleiner als 30% des Außendurchmessers des Walzen kerns 14.
Bevorzugter ist die Spalthöhe
h etwa 15% des Außendurchmessers.
z. B., bei einem Walzenkern 14 von einem Durchmesser von
12 Millimetern weist der Spalt 24 eine Höhe h von
weniger als oder gleich etwa 2,4 Millimetern auf (so dass die Dicke
der Lippe 22 mindestens 0,5 mm beträgt). Bevorzugter beträgt der Spalt 24 etwa
1,7 bis 1,9 Millimeter.
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Die Länge 1 der Lippe 22 sollte
ausreichen, um eine Flexibilität
an den Enden der ringförmigen Lippe
zu ermöglichen,
so dass sie sich nicht in die fotoleitende Trommel hineinwetzt.
Die Länge 1 der
Lippe 22 ist nur insofern begrenzt, als sie nicht so lang sein
kann, dass sich das distale Ende der Lippe 22 trichterförmig aufweitet
und die fotoleitende Trommel berührt,
statt dass sie sich von der Trommel wegbiegt. Vorzugsweise ist die
Länge 1
der Lippe 22 etwa gleich der Höhe h des Spalts 24.
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Der Walzenkern 14 kann durch
jegliches Mittel an der Welle 12 angebracht werden. Vorzugsweise
wird ein leitendes Haftmittel auf die Welle 12 aufgebracht,
bevor der Walzenkern 14 angebracht wird. Der Walzenkern 14 kann
durch Formgeben oder maschinelles Bearbeiten gebildet werden, bevor
er an die Welle 12 angebracht wird, oder er kann direkt
auf die Welle 12 aufgeformt oder maschinell auf ihr hergestellt
werden. Vorzugsweise ist der Walzenkern 14 auf die Welle 12 aufgeformt.
Er kann anschließend nach
einer Formgebung maschinell bearbeitet werden, falls gewünscht.
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Die ringförmige Lippe 22 kann
durch jegliches Mittel, das im Stand der Technik bekannt ist, gebildet
werden. Sie kann z. B. in den Kern eingeformt werden, wenn der Kern
geformt wird, oder sie kann in den Kern maschinell eingearbeitet
werden, nachdem der Kern gebildet worden ist. Wenn die Lippe 22 geformt
wird, kann sie um ein Werkzeug gebildet werden, wie z. B. eine Endkappe
oder um einen Einsatz. Ein solcher Einsatz kann ein entfernbarer
Einsatz sein, oder er kann ein Einsatz sein, der Teil der Primärladungswalze 10 wird.
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Wenn ein Einsatz permanent sein soll,
sollte der Einsatz aus einem weichen Material hergestellt sein,
d. h. er sollte eine Härte
aufweisen, die kleiner ist als diejenige des Walzenkernmaterials.
Der permanente Einsatz liefert eine Unterstützung für die Lippe 22, ist
aber weich genug, dass er ermöglicht, dass
sich die Lippe 22 von der fotoleitenden Trommel wegbiegt.
z. B., wenn der Walzenkern 14 aus Ethylen-Propylen-Terpolymer
hergestellt ist, das eine Shore-A-Härte von etwa 38 bis 46 aufweist,
weist der Einsatz vorzugsweise eine Shore-A-Härte von weniger als etwa 38 bis 46 auf.
Vorzugsweise ist der Einsatz aus einem Material mit einer Shore-A-Härte von weniger
als etwa 30 hergestellt. Bevorzugter ist er aus einem Material
mit einer Shore-A-Härte
von weniger als etwa 20 hergestellt. Geeignete Materialien umfassen
Silicone und Kautschuke geringer Eindrucktiefe, vorzugsweise SBR
und EPDM, das mit Pflanzenöl
nicht beladen oder beladen ist.
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Eine Primärladungswalze der vorliegenden Erfindung
kann auch in eine ersetzbare Druckerpatrone 30 inkorporiert
sein, wie in 4 dargestellt. Eine
typische Patrone 30 umfasst eine fotoleitende Trommel 32,
eine Primärladungswalze 10,
Toner und eine Entwicklungswalze. In einer solchen Patrone ist die
Primärladungswalze 10 in
der Patrone 30 so ausgerichtet, dass sich die Primärladungswalze 10 in
Berührung
mit der fotoleitenden Trommel 32 im Wesentlichen entlang
der Länge
der Primärladungswalze 10 befindet.
Geeignete Toner und Entwicklungswalzen sind im Stand der Technik
wohlbekannt; es gibt keine Beschränkung für den Typ von Toner oder Entwicklungswalze,
die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden
können.
Typischerweise ist Toner feines Pul-ver, das in einem Tonerreservoir enthalten
ist. Typischerweise verwendet eine Entwicklungswalze magnetische
oder mechanische Mittel, um eine Dünnschicht von Toner an Teilen
der fotoleitenden Trommel anzuhaften.