CN101356009B - 电子照相墨粉粉碎装置和电子照相墨粉粉碎方法 - Google Patents

电子照相墨粉粉碎装置和电子照相墨粉粉碎方法 Download PDF

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Abstract

本申请的名称是电子照相墨粉粉碎装置和电子照相墨粉粉碎方法。提供电子照相墨粉粉碎装置和电子照相墨粉粉碎方法，用以防止甚至在长期粉碎墨粉时转子、定子等的耐磨性降低。根据本发明的电子照相墨粉粉碎装置具有粉碎室，该粉碎室至少具有布置于其中的转子和定子。转子和定子的至少一个的表面具有镀铬层，其具有Cr作为主要成分并且含有Mg、Al、Si、Ti、Mn、Fe和C元素。

Description

电子照相墨粉粉碎装置和电子照相墨粉粉碎方法
技术领域
本发明涉及电子照相墨粉粉碎装置和电子照相墨粉粉碎方法，其用于粉碎从粘合树脂、色料等形成的墨粉，以及用于通过电子照相方法的图像形成。
背景技术
在图像形成方法如电子照相方法、静电照相方法和静电印刷方法中，使用墨粉对静电潜像显影。
在电子照相术等中用于显影静电潜像的墨粉或着色树脂粉末至少从粘合树脂和色料形成。通常，通过在捏合装置中熔融捏合至少具有前述材料的混合物、冷却和固化，然后粉碎固化的材料并将其分类以将其调节至预定的粒度，来制备墨粉或着色树脂粉末。
目前，在墨粉或着色树脂粉末的粒度已经被调节到预定水平之后，墨粉或着色树脂粉末的各种性能值通过加入各种添加剂(一种或多种)予以改进，例如目的是改进流动性指标。
客户需要能提供高灵敏度和高质量图像的图像形成系统，并且因此需要墨粉具有减小的软化点和降低的粒度。
此外，近年来主要使用如在图4所示的机械粉碎装置，这是因为它们比传统气流粉碎机排放更少的二氧化碳，并且对环境造成小的负担。
然而，与此类装置相关的问题包括由于在粉碎期间与待粉碎的材料接触而引起的转子或定子的磨损以及降低的生产能力。
利文献1描述含有转子和定子的机械粉碎装置，所述定子与转子表面保持固定的距离并且绕该转子布置，其中在转子和定子之间的固定间隙形成环形空间，该装置至少在转子表面或定子表面上具有表面处理层，该表面处理层通过用具有碳化铬的铬合金电镀得到。与该机械粉碎装置相关的问题是在长期使用中出现微裂纹，这使得使用该装置成为不可能。
专利文献2描述墨粉制造方法，通过该方法，具有大粒径和具有已回收的粗粉碎产品的待粉碎材料被引入机械粉碎装置中进行粉碎，所述机械粉碎装置具有转子和定子，所述定子与转子表面保持固定的距离并且绕该转子布置，通过分类从该粉碎的材料除去粗颗粒和过度粉碎的颗粒，并且将剩余的具有预定粒径的粉碎材料引入表面改性装置中，使用器械冲击力进行表面改性，其中表面改性装置的赋予冲击力的部件的表面具有含有碳化铬的镀铬层。然而，因为镀铬层不是含有Cr作为主要成分并且含有其它元素如Mg、Al、Si、Ti、Mn、Fe和C的合金，所以其耐磨性不总是足够的。
本明人较早地提出(具体而言，见专利文献3)在组成墨粉制造装置的分级转子的叶轮表面上提供涂层来改进耐磨性，但是该墨粉制造装置是流化床粉碎装置而不是机械粉碎装置。此外，设计用来提高耐磨性的涂层是Nickel Teflon(商品名)，并且不是含有Cr作为主要成分以及具有其它元素如Mg、Al、Si、Ti、Mn、Fe和C的合金。
如在图1所示，电镀层从裂纹开始位置剥落。
在图1图解的情况中产生的磨损明显是碎屑磨损(chippingwear)。
此外，因为金属颗粒比墨粉颗粒大，所以当金属颗粒渗透入连接部分时，其引起破裂，从而很容易诱发碎屑磨损。
为了修复该结构，必须使用极其复杂的过程，其中最初的涂层膜被完全剥去，并且整个表面被清洁并重新涂敷。
[专利文献1]日本专利申请特许公开(JP-A)第2003-173046号
[专利文献2]日本专利申请特许公开(JP-A)第2005-195762号
[专利文献3]日本专利申请特许公开(JP-A)第2005-177579号
发明内容
本发明的目的是提供电子照相墨粉粉碎装置和电子照相墨粉粉碎方法，其甚至在墨粉长期粉碎时保护转子、定子等的耐磨性免于降低。
提供下列手段以解决上述问题。
<1>电子照相墨粉粉碎装置，其具有粉碎室，该粉碎室至少具有布置于其中的转子和定子，其中转子和定子的至少一个的表面具有Cr作为主要成分并且含有Mg、Al、Si、Ti、Mn、Fe和C元素的镀铬层。
<2>根据<1>所述的电子照相墨粉粉碎装置，其中所述镀铬层的表面经历对抗氢脆的处理。
<3>根据<1>或<2>的一项所述的电子照相墨粉粉碎装置，其中所述镀铬层具有两层或多层。
<4>根据<3>所述的电子照相墨粉粉碎装置，其中在所述镀铬层中位于所述转子和所述定子的至少一个的表面一侧上的第一层的厚度是10μm到50μm。
<5>根据<3>和<4>的一项所述的电子照相墨粉粉碎装置，其中当所述镀铬层中位于所述转子和所述定子的至少一个的表面一侧上的层作为所述第一层时，其它层的总厚度是40μm到100μm。
<6>根据<3>到<5>的任一项所述的电子照相墨粉粉碎装置，其中在所述镀铬层中位于所述转子和所述定子的至少一个的表面上的所述第一层和电镀对象之间的粘合力是0.5t/cm2到2.5t/cm2。
<7>根据<3>到<6>的任一项所述的电子照相墨粉粉碎装置，其中当所述镀铬层中位于所述转子和所述定子的至少一个的表面上的层作为所述第一层时，其它层与电镀对象之间的粘合力是0.5t/cm2到2.5t/cm2。
<8>根据<1>到<7>的任一项所述的电子照相墨粉粉碎装置，其中所述镀铬层中最外表面的表面硬度以维克斯硬度计是HV800到HV1,400。
<9>电子照相墨粉粉碎方法，其包括：通过使用根据<1>到<8>的任一项所述的电子照相墨粉粉碎装置粉碎墨粉。
本发明使得解决相关领域固有的上述问题成为可能，并且可提供电子照相墨粉粉碎装置和电子照相墨粉粉碎方法，其甚至在墨粉长期粉碎时保护转子、定子等的耐磨性免于降低。
附图简述
图1是图解相关领域中磨损发生机制的说明性附图。
图2是图解根据本发明对抗氢脆进行的处理的示意图。
图3图解根据本发明的特殊碳化铬电镀的两层涂层的效果。
图4是传统机械粉碎装置的示意图。
图5A是图解根据本发明的机械粉碎装置的结构的示意图。
图5B是图5A的示意性截面图。附图组成部分及其标注：
1：墨粉颗粒；2：金属表面；3：孔；4：金属颗粒；5：电镀；6：裂纹；7：对抗氢脆的处理；8：特殊碳化铬电镀的第二层；9：特殊碳化铬电镀的第一层。
实施本发明的最佳方式
本发明将在下面被更详细地描述。
图5A示出根据本发明的机械粉碎装置的结构，该装置含有转子和定子，所述定子与转子表面保持固定的距离并且绕该转子布置，其中在转子和定子之间的固定间隙形成环形空间。图5B是图5A示出的机械粉碎装置的示意性截面图。
在所述机械粉碎装置中，墨粉通过与定子和转子碰撞或通过墨粉颗粒彼此反复碰撞而被粉碎。
[表面处理]
通过表面处理可以在转子和定子的至少一个上形成镀铬层。
根据本发明实施的表面处理是在转子和定子的任何一个的表面上形成镀铬层的处理，所述镀铬层具有Cr作为主要成分，并且含有Mg、Al、Si、Ti、Mn、Fe和C元素。
关于在镀铬层中的Mg、Al、Si、Ti、Mn、Fe和C元素，优选含有的Mg为1％或更少、Al为1％或更少、Si为1％或更少、Ti为1％或更少、Mn为1％或更少、Fe为大约4％以及C为大约2％到3％。其它成分的实例包括：优选地O为大约5％、S为大约1％、Co为大约8％、Ga为大约3％、Pd为大约3％以及Sb为大约3％。
如图2所示，可通过元素置换实施元素电镀。
该方法在下面被称为特殊碳化铬电镀处理或特殊碳化物处理(下面描述的实施例3等)。与仅有传统铬处理(例如Chiyoda DaiichiKogyo KK开发的Dichron电镀)的情况相比，使用该方法的优点是强度增加。
此外，如在图2中所示，优选进行对抗氢脆的处理。这种处理的优点是在粉碎装置的表面几乎不会出现裂纹。
在电镀中，由于氢脆，发状裂纹(hair cracking)现象容易发生，但是可以通过填补发状裂纹确保长期耐久性。因此，在HCr电镀(Cr3++H+)中，除了Cr3+以外H+也附在表面，从而引起氢脆，并且当H离开进入空气中，裂纹(发状裂纹)有时发生。在电镀中(Cr23C6+Cr)，当H离开时，粘合剂填补所出现的拱顶(cap)。
在高碳钢和铁金属工件——其已经通过热处理或冷加工进行了表面硬化——中，这些氢脆很容易发生。在电镀过程中，通常在与氢共沉淀的电镀浴如酸浸、阴极电解洗涤(cathode electrolyticwashing)、阴极电解酸洗和碱性电镀浴(alkaline galvanizing baths)中，发生氢脆。
通过例如热处理(在190℃到230℃下3小时或更长时间)使得所吸附的氢解附的方法可被用来防止氢脆。在本发明中，这类处理称为对抗氢脆的处理。
优地，在特殊碳化铬处理之后的1小时内尽可能早地进行该处理；适当的处理温度和处理时间依赖于材料厚度和形状。
ISO国际标准规定，对具有1,050MPa(107kgf/mm2)或更高的最大拉伸强度的铁金属部件在190℃到220℃下热处理8到24小时或更长时间，应该在电镀之后4小时内尽可能早地进行，并且经过表面硬化的部件应该在130℃到150℃下(甚至在更高的温度，条件是硬度不会降低)被处理2小时或更长时间。
镀铬层优选具有由两层或多层构成的层结构，通过施用由特殊碳化铬电镀处理形成的两层或多层得到该层结构。在这种情况下，镀铬层的强度进一步增强。
对于该两层结构的镀铬层，如在图3中所示，即使裂纹开始出现在镀铬层的最外表面层(图3中第二层)，该裂纹也不会达到底层(图3中第一层)。
当镀铬层中第一层厚度太大时，该层容易自身剥落。
当涂布两层或多层时，层抗剥落性增强，同时保持表面强度。根据本发明，方便起见，如在图3中所示，按照从基底(转子和定子的至少一个)表面侧(内侧)的涂敷的顺序，层被称为第一层和第二层。
除非在电镀第一层后的热处理以及在该层被涂布后流逝的时间被适当调整，否则第二和后继层的电镀将失败。
图3图解根据本发明的特殊碳化铬电镀的双层涂层中得到的效果。
如在图3中所示，即使在第二层出现裂纹，其也保持在第二层而不会达到第一层。
实施特殊碳化铬电镀以得到金属层，其含有Cr作为主要成分并且在金属表面上具有通过电解冶金学方法(electrolytic metallurgymethod)电沉积的Mg、Al、Si、Ti、Mn、Fe和C元素，在该层固定附着后，将特殊碳化铬随后均匀施用到全部表面上，优选施用两到四次，更优选两到三次，以及甚至更优选两次。在这些情况中，可以确保成本效率和防止微裂纹(发状裂缝)的最佳质量。
在转子和定子的表面处理的第一层处理中，通过特殊碳化铬电镀得到的第一层的涂层厚度优选10μm到50μm，更优选20μm到40μm，甚至更优选25μm到35μm。
当第一层的涂层厚度小于10μm时，在表面出现微裂纹，然后磨损加剧，并且有时出现划痕或切屑。
当通过特殊碳化铬电镀得到的第一层的涂层厚度大于50μm时，电镀层的厚度是不均匀的，有时微裂纹容易在其中出现。
在转子和定子的表面处理中第一层已被固定附着后，在第二层和后继层的处理中，通过特殊碳化铬电镀得到的涂层厚度优选为40μm到100μm，更优选为50μm到90μm，并且甚至更优选为60μm到80μm。
当通过特殊碳化铬电镀得到的第二层和后继层的涂层厚度小于40μm时，厚度变化的第一层不能被吸附，在表面出现微裂纹，然后磨损加剧，并且有时出现划痕或切屑。
此外，当通过特殊碳化铬电镀得到的第二层和后继层的涂层厚度大于100μm时，涂层厚度是不均匀的，有时微裂纹容易在其中出现。
根据本发明的镀铬层的厚度可如此测量：用金刚石切片机切割样品，用商业Al2O3磨料对切割表面磨光，用氧化钌(Ru3O4)对磨光的表面染色，并且通过STM显微照相术进行观察。
在转子和定子的表面上形成的镀铬层与电镀对象之间的粘合力是0.5t/cm2到2.5t/cm2，更优选地是1.0t/cm2到2.0t/cm2，甚至更优选地是1.2t/cm2到1.8t/cm2。在这些情况中，可以确保成本效率和防止微裂纹的最佳质量。
当镀铬层的粘合力小于0.5t/cm2时，电镀层有时剥落，然后表面磨损加剧，并且有时出现划痕或切屑。
此外，当镀铬层的粘合力超过2.5t/cm2时，涂层厚度是不均匀的，并且有时微裂纹容易在其中出现。
这里，当镀铬层是单层时，电镀对象指转子或定子，但是当形成两层或多层时，电镀对象指在镀铬层中上面形成有第二层和后继层的层(例如，当镀铬层有两层结构时，电镀对象是第一层)。
弯曲试验(一种方法，通过该方法样品被弯曲到规定角度，然后检查弯曲部分中的剥落状态或发状裂缝)、拉伸试验(ISO6892；JISZ2201(JIS第五号样品))或者类似试验可被用于测量粘合力。
粘合力随着温度(老化温度)和时间(老化时间)而变化。
[表面硬度测试方法]
镀铬层的表面硬度可通过维克斯硬度表示。通过使用四棱锥形的金刚石压头(indenter)——其相对面之间的角为136°，在样品中产生棱锥形压痕，并且将该过程中施加的试验力F(N)除以从压痕对角线长度d(mm)得到的表面积，得到维克斯硬度。通过下列方程(1)计算维克斯力。
[维克斯硬度]
维克斯硬度是表示工业材料硬度的量度之一；其是压痕硬度。
在1925年公开了试验方法。具有棱锥形形状且产生自金刚石——其形状为正四方锥，相对面之间的角为136°——的压头被压入材料表面中，从在负载被除去后留下的压痕的对角线长度计算表面积，并且通过将试验力F(kg)除以表面积d2(mm2)得到的值表示该硬度。通过方程(1)得到维克斯硬度。
维克斯硬度的特定特征是其可被用于所有金属，而不管金属大小，并且该方法被认为在所有硬度测试方法中具有最高的实用性。这是因为即使负载改变，压痕的形状也是相同的。结果，通过仅仅改变不同类型的材料的负载可以以相同级别测定硬度，并且这些材料的硬度可被比较。
在维克斯硬度试验中，在一个方法——通过该方法四棱锥形式的金刚石压头被压入材料中，并且从在样品表面产生的矩形压痕的对角线长度计算硬度——中，负载可以在非常宽的范围内选择：从1g或以下的非常小的负载到大约50kg的大的负载。因此，该方法可用于非常宽范围的材料：从软金属到淬火钢、高温合金和陶瓷材料。此外，在横截面中，例如热处理齿轮的横截面中，通过测量不同位置处的维克斯硬度，也可研究淬火深度等。
HV＝1.8909F/d2…方程(1)
实施例
下面将描述本发明的实施例，但是所述实施例不应被理解为限制本发明的范围。注意“份(一份或多份)”指“质量份(一份或多份)”，除非另有说明。
[粉碎的墨粉材料]
将下述组分的混合物融化、捏合并冷却，然后粗粉碎以产生具有大约400μm平均粒径的粗粉碎材料。
■苯乙烯-丙烯酰基共聚物(软化点：120℃)…100份
-碳黑…10份
-聚丙烯(软化点：125℃)…5份
■水杨酸锌…2份
机械粉碎装置(涡轮研磨机T250-RS型(Turbomill T250-RStype)，Turbo Kogyo KK的产品)被用作在图5A和5B中示出的机械粉碎装置，该机械粉碎装置的转子和定子在下面实施例和比较实施例中指出的条件下进行表面处理，然后粗糙的材料聚集物用该装置进行粉碎。检查粉碎后转子和定子的表面状态。
(实施例1)
包括Mg、Al、Si、Ti、Mn、Fe和C元素的铬电镀处理(特殊碳化铬处理)在下述的电镀条件下，在图5A和5B所示的机械粉碎装置的定子和转子的表面部分上进行，以便得到40μm厚的镀铬层。
[电镀条件]
浴温：大约60℃；pH：强酸性(pH 4或更小)；电流：依赖于体积、重量和表面积；电压：依赖于体积、重量和表面积；时间：依赖于体积、重量和表面积；搅拌：不搅拌。
(实施例2)
在与实施例1中使用的那些电镀条件相似的电镀条件下，沉积10μm厚的镀铬层(第一层)，然后，在其上沉积沉积40μm厚的镀铬层(第二层)。在形成第一和第二层后的1小时内，通过将它们在190℃到230℃下加热3小时以上，对它们的表面进行对抗氢脆的处理。
(实施例3)
在与实施例1中使用的那些电镀条件相似的电镀条件下，沉积30μm厚的镀铬层(第一层)，然后，在其上沉积沉积70μm厚的镀铬层(第二层)。
(实施例4)
在形成实施例3的第一和第二层后的1小时内，通过将它们在190℃到230℃下加热3小时以上，对它们的表面进行对抗氢脆的处理。
(实施例5到实施例6)
在下面表1中示出的条件下表面处理转子和定子。
(比较实施例1)
在图5A和5B中示出的机械粉碎装置中的转子和定子不经历表面处理。
(比较实施例2)
在下述电镀条件下，在转子和定子的表面上实施铬电镀处理，而没有加入Mg、Al、Si、Ti、Mn、Fe和C元素。
[电镀条件]
浴温：大约60℃；pH：强酸性(pH 3或更小)；电流：依赖于体积、重量和表面积；电压：依赖于体积、重量和表面积；时间：依赖于体积、重量和表面积(沉积速率：7μm/Hr到10μm/Hr)；搅拌：不搅拌。
实施例1到6和比较实施例1到2的转子和定子的表面处理条件和得到的镀铬层的特性在表1中示出。
镀铬层的粘合力在用于拉伸试验的金属样品的拉伸试验中测量，该金属样品根据ISO6892(JIS Z2201(JIS第5号样品)进行制备。
镀铬层最外表面层的硬度通过维克斯硬度试验得到。在粉碎处理后，目测以及通过触摸检查转子和定子的磨损状态，转子和定子的表面状态使用具有25或更大放大倍数的电子显微镜进行观察，基于下列评估标准进行评估。结果在表2中示出。
[评估标准]
A：转子和定子的表面没有磨损。
B：在转子和定子的表面上观察到非常小的划痕和切屑。
C：在转子和定子的表面上观察到非常小裂纹。
D：转子和定子表面的磨损是显著的，并且观察到大量划痕和切屑。
表1
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   实施例6   比较实施例1   比较实施例2
  对抗氢脆的处理   不存在   存在   不存在   存在   不存在   存在   不存在   不存在
  层结构   一层   两层   两层   两层   两层   两层   -   一层
  第一层厚度   40   10   30   30   50   50   -   30
  (μm)
  第二层厚度(μm)   -   40   70   70   100   100   -   -
  第一层粘合力(t/cm<sup>2</sup>)   1.5   0.5   1.5   1.5   2.5   2.5   -   1.5
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   实施例6   比较实施例1   比较实施例2
  第二层粘合力(t/cm<sup>2</sup>)   0.5   1.5   1.5   2.5   2.5   -   -
  最外表面层的表面硬度(HV)   800   1,000   1,400   1,000   1,200   1,000   600   800
表2
  实施例1  实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   实施例6   比较实施例1   比较实施例2
  在操作后转子和定子的磨损状态   在表面上出现微裂纹  在表面上存在磨损(划痕、切屑)   在表面上出现微裂纹   在表面上没有磨损   在表面上出现微裂纹   在表面上没有磨损   在表面上存在明显磨损(划痕、切屑)   在表面上存在明显磨损(划痕、切屑)
  在电子显微镜下的观察结果(在25或更大放大倍数下观察)   C  B   C   A   C   A   D   D
工业应用
电子照相墨粉粉碎装置和电子照相墨粉粉碎方法可被有利地用于粉碎用在通过电子照相方法的图像形成中的墨粉。

Claims (8)

1.电子照相墨粉粉碎装置，其包括：
粉碎室，该粉碎室至少具有布置于其中的转子和定子，
其中所述转子和所述定子的至少一个的表面具有镀铬层，所述镀铬层具有Cr作为主要成分并且含有Mg、Al、Si、Ti、Mn、Fe和C元素，其中所述镀铬层包含两层或更多层。
2.根据权利要求1所述的电子照相墨粉粉碎装置，其中所述镀铬层的表面经历对抗氢脆的处理。
3.根据权利要求1所述的电子照相墨粉粉碎装置，其中在所述镀铬层中位于所述转子和所述定子的至少一个的所述表面一侧上的第一层的厚度是10μm到50μm。
4.根据权利要求1所述的电子照相墨粉粉碎装置，其中当所述镀铬层中位于所述转子和所述定子的至少一个的所述表面的一侧上的层作为第一层时，其它层的总厚度是40μm到100μm。
5.根据权利要求1所述的电子照相墨粉粉碎装置，其中在所述镀铬层中位于所述转子和所述定子的至少一个的所述表面的一侧上的第一层和电镀对象之间的粘合力是0.5t/cm2到2.5t/cm2。
6.根据权利要求1所述的电子照相墨粉粉碎装置，其中当所述镀铬层中位于所述转子和所述定子的至少一个的所述表面的一侧上的层作为第一层时，其它层与电镀对象之间的粘合力是0.5t/cm2到2.5t/cm2。
7.根据权利要求1所述的电子照相墨粉粉碎装置，其中所述镀铬层的最外表面的表面硬度以维克斯硬度计是HV800到HV1,400。
8.电子照相墨粉粉碎方法，其包括：通过使用电子照相墨粉粉碎装置粉碎墨粉，所述电子照相墨粉粉碎装置包括：
粉碎室，该粉碎室至少具有布置于其中的转子和定子，
其中所述转子和所述定子的至少一个的表面具有镀铬层，所述镀铬层具有Cr作为主要成分并且含有Mg、Al、Si、Ti、Mn、Fe和C元素，其中所述镀铬层包含两层或更多层。
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