DE102008019887A1

DE102008019887A1 - Toner roller manufacturing method for e.g. electrographic printer, involves compressing oxidation layer in hot water bath with de-ionized water at temperature within specific range during compression process

Info

Publication number: DE102008019887A1
Application number: DE200810019887
Authority: DE
Inventors: Herbert Heimpoldinger; Josef Ranner
Original assignee: Oce Printing Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Canon Production Printing Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2009-10-22

Abstract

The method involves forming an oxide layer in a sulfuric bath on a roller-like base body (12) of aluminum or aluminum alloy, by electrolytic oxidation, where the bath has sulfuric acid within the range of 10 to 20 percent of volume. A direct current (DC) voltage between an anode and a cathode of the base body is increased on the basis of an initial value over time. The oxidation layer is compressed in a hot water bath with de-ionized water at a temperature within the range larger than 90 degree Celsius at duration of eight to twelve minutes during a compression process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Tonerwalze für einen elektrografischen Drucker oder Kopierer, deren Oberfläche geeignet ist, eine Tonerschicht zu tragen.The The invention relates to a method for producing a toner roller for an electrographic printer or copier whose Surface is suitable to carry a toner layer.

Tonerwalzen sind wichtige Bauelemente in Entwicklerstationen für Drucker oder Kopierer. Eine typische Tonerwalze wird als Entwicklerwalze verwendet, die einem Zwischenbildträger, z. B. einer Fotoleiterwalze oder einem Fotoleiterband, gegenübersteht. Die Entwicklerwalze trägt im Betrieb eine homogene Schicht aus Tonerteilchen. Die Oberfläche des Zwischenbildträgers trägt ein latentes Ladungsbild entsprechend einem zu druckenden Bild. Infolge elektrischer Feldkräfte werden Tonerteilchen von der Oberfläche des Zwischenbildträgers angezogen und gegebenenfalls unter Überwindung eines Luftspaltes von der Entwicklerwalze auf diese Oberfläche transferiert und ordnen sich entsprechend dem latenten Ladungsbild an.toner rollers are important components in developer stations for printers or copier. A typical toner roller becomes a developer roller used, an intermediate image carrier, z. B. a photoconductor roller or a photoconductor belt facing. The developer roller carries a homogeneous layer of toner particles during operation. The surface of the intermediate image carrier carries a latent charge image corresponding to an image to be printed. As a result of electric field forces become toner particles of attracted to the surface of the intermediate image carrier and optionally overcoming an air gap of the developer roller is transferred to this surface and arrange according to the latent charge image.

Der walzenförmige Grundkörper hat eine elektrisch leitende Oberfläche, damit die Tonerteilchen mit Hilfe elektrischer Spannungen an der Oberfläche der Tonerwalze gehalten werden können. Damit es innerhalb der Entwicklerstation und auch zum Zwischenträger hin nicht zu Spannungsüberschlägen kommt, muss die Tonerwalze mit einer Isolationsschicht versehen werden. Diese Isolationsschicht muss gegenüber dem Entwicklergemisch, umfassend Tonerteilchen und ferromagnetische Trägerteilchen, ausreichend abrasionsbeständig sein. Aus der US 6,327,452 B1 und der US-A-5,473,418 sind Tonerwalzen bekannt, welche als Isolationsschicht eine Keramik schicht verwenden. Derartige Keramikschichten weisen Poren auf, die Feuchtigkeit aufnehmen können, was die Fähigkeit der Tonerwalze zur Aufnahme von Tonerteilchen und insbesondere zur Abgabe von Tonerteilchen vermindert.The roller-shaped base body has an electrically conductive surface, so that the toner particles can be held by means of electrical voltages on the surface of the toner roller. To prevent flashovers within the developer station and also to the intermediate carrier, the toner roller must be provided with an insulating layer. This insulating layer must be sufficiently abrasion resistant to the developer mixture comprising toner particles and ferromagnetic carrier particles. From the US 6,327,452 B1 and the US-A-5,473,418 Toner rollers are known which use a ceramic layer as an insulating layer. Such ceramic layers have pores that can absorb moisture, which reduces the ability of the toner roller to accept toner particles and, more particularly, to dispense toner particles.

Im Stand der Technik wird als Tonerwalze eine Aluminiumwalze mit einer Harteloxalbeschichtung eingesetzt. Die bekannte Harteloxalschicht hat den Nachteil, dass sie aufgrund von Wärmedehnungsspannungen zwischen dem Aluminiumgrundkörper und der etwa 70 µm dicken Harteloxalschicht bei entsprechenden Temperaturwechseln leicht Risse bildet. Diese Risse führen dazu, dass sich die Tonerschicht nicht mehr vollständig homogen ausbildet, wodurch sich eine Qualitätsminderung beim Drucken ergibt. An die Tonerwalze werden häufig hohe Spannungen, typischerweise 2000 Vss, d. h. von Spitze zu Spitze gemessen, angelegt. Entlang der Rissstrecke in der Harteloxalschicht kann in Verbindung mit Sauerstoff im Riss Plasma gebildet werden, wodurch nach einer bestimmten Laufzeit die Harteloxalschicht zerstört wird.in the The prior art is used as a toner roller, an aluminum roller with a Hardeloxalbeschichtung used. The well-known hard anodized layer has the disadvantage of being due to thermal expansion stresses between the aluminum body and about 70 microns thick Harteloxalschicht easily with appropriate temperature changes Cracks forms. These cracks cause the toner layer no longer forms completely homogeneous, resulting in results in a quality reduction in printing. To the toner roller often high voltages, typically 2000 Vpp, d. H. measured from tip to tip. Along the crack in The hard anodizing layer can be used in conjunction with oxygen in the crack Plasma are formed, whereby after a certain period the Harteloxalschicht is destroyed.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Tonerwalze anzugeben, deren Oberfläche geeignet ist, eine Tonerschicht zu tragen, die einer Rissbildung widersteht und die hochspannungsfest sowie abrasionsbeständig ist.It It is the object of the invention to provide a method for producing a toner roller indicate whose surface is suitable, a toner layer to wear, which resists cracking and high voltage and abrasion resistant.

Diese Aufgabe wird für ein Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.These Task is for a method by the features of the claim 1 solved. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.

Gemäß der Erfindung wird das Verfahren der elektrolytischen Oxidation von Aluminium angewendet (auch als Eloxalverfahren bekannt), bei der eine oxidische Schutzschicht auf Alu minium durch anodische Oxidation ausgebildet wird. Hierbei erfolgt eine Umwandlung der obersten Metallzone, bei der ein Oxid bzw. Hydroxid gebildet wird. Während die natürliche Oxidschicht des Aluminiums nur wenige nm beträgt, kann die so gebildete Oxidschicht bis zu 100 µm und mehr dick sein. Das elektrolytische Bad enthält Schwefelsäure im Bereich von 10 bis 20 Vol%, sonst entionisiertes Wasser, und wird bei einer Badtemperatur von –5°C bis +10°C betrieben. Die Stromdichte für den anodisch geschalteten Grundkörper liegt im Bereich von 2 bis 4 A/dm². Um einen gleichmäßigen Schichtaufbau bei kleinem Porendurchmesser zu erreichen, wird die Gleichspannung zwischen Anode und Kathode ausgehend von einem Anfangswert über die Zeit erhöht, um die genannte Stromdichte aufrecht zu erhalten. Anschließend werden die Poren anverdichtet. Der Verdichtungsprozess erfolgt in einem Heißwasserbad mit entionisiertem Wasser bei einer Temperatur von 90°C bis Siedetemperatur für eine Dauer von 8 bis 12 Minuten.According to the invention, the process of the electrolytic oxidation of aluminum is used (also known as anodizing process), in which an oxide protective layer is formed on aluminum by anodic oxidation. Here, a conversion of the uppermost metal zone, in which an oxide or hydroxide is formed. While the natural oxide layer of aluminum is only a few nm, the oxide layer thus formed may be up to 100 μm and more thick. The electrolytic bath contains sulfuric acid in the range of 10 to 20% by volume, otherwise deionized water, and is operated at a bath temperature of -5 ° C to + 10 ° C. The current density for the anodically connected base body is in the range of 2 to 4 A / dm ² . In order to achieve a uniform layer structure with a small pore diameter, the DC voltage between anode and cathode is increased from an initial value over time in order to maintain said current density. Subsequently, the pores are densified. The compression process is carried out in a hot water bath with deionized water at a temperature of 90 ° C to boiling for a period of 8 to 12 minutes.

Die so erhaltene Oberflächenschicht hat eine Härte bis 1000 HV (HV Vickershärte) und hat eine hohe Spannungsfestigkeit gegenüber Wechselspannung und Gleichspannung. Aufgrund der genannten Härte ist die Schicht abrasionsbeständig und hat eine lange Lebensdauer. Durch den langsamen Schichtaufbau ist eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Rissbildung gegeben.The thus obtained surface layer has a hardness up to 1000 HV (HV Vickers hardness) and has a high dielectric strength against AC voltage and DC voltage. by virtue of the hardness is the layer abrasion resistant and has a long life. Due to the slow layer structure is a high resistance to cracking where.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Oberfläche der Oxidschicht weiter verdichtet, um die Aufnahmefähigkeit der Poren für Feuchtigkeit zu verringern. Dem entionisierten Wasser im Heißwasser-Bad wird Ammoniumacetat im Bereich von 0,08 bis 0,12 Vol% zugegeben, um den pH-Wert stabil zu halten, d. h. den pH-Wert auf ≥ 5 zu halten. Soll te der pH-Wert < 5 sein, dann wird NaOH zur Korrektur des pH-Werts zugegeben.at In a preferred embodiment, the surface becomes the oxide layer further compressed to the absorption capacity to reduce the pores for moisture. The deionized Water in the hot water bath is ammonium acetate in the range from 0.08 to 0.12% by volume added to keep the pH stable, d. H. keep the pH value ≥ 5. If the pH should be <5, then it will NaOH was added to correct the pH.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen beschrieben. Darin zeigt:embodiments The invention will be described below with reference to schematic drawings. It shows:

1 einen Quer- und Längsschnitt durch eine Tonerwalze, 1 a transverse and longitudinal section through a toner roller,

2 den Einsatz der Tonerwalze in einer Entwicklerstation, 2 the use of the toner roller in a developer station,

3 Potentialverhältnisse in der Entwicklerstation, 3 Potential conditions in the developer station,

4 eine Bad-Reihe zum Durchführen der elektrolytischen Oxidation, und 4 a bath series for performing the electrolytic oxidation, and

5 eine Spannungs-Kennlinie, die den Verlauf der angelegten Spannung über die Zeit bei der elektrolytischen Oxidation angibt. 5 a voltage characteristic that indicates the variation of the applied voltage over time during the electrolytic oxidation.

1 zeigt im oberen Bildteil einen Querschnitt durch eine Tonerwalze 10 und im unteren Bildteil einen Längsschnitt hierzu. Die Tonerwalze 10 umfasst einen walzenförmigen Grundkörper 12 und eine Isolationsschicht 14 aus Aluminiumoxid. Die Aluminiumoxidschicht 14 hat eine Schichtdicke im Bereich zwischen 60 µm und 100 µm, vorzugsweise im Bereich zwischen 75 µm und 85 µm. Der Grundkörper 12 kann wie im vorliegenden Beispiel als Vollwalze mit Lagerzapfen 16 ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, als Grundkörper 12 eine Hohlwalze zu verwenden. Der walzenförmige Grundkörper 12 besteht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung; vorzugsweise wird AlSi 0,9 MgMn (gemäß interna tionaler Norm ENAW 6081 ) oder AlSi 1 MgMn ( Norm ENAW 6082 ) verwendet. Die elektrisch leitende Oberfläche des Grundkörpers 12 ist wichtig, denn an diese wird eine Gleichspannung angelegt, die Tonerteilchen auf der Außenfläche der Isolationsschicht 14 infolge elektrischer Feldkräfte anzieht. Der spezifische Widerstand des elektrisch leitenden Materials des Grundkörpers 12 bzw. dessen leitende Oberfläche liegt im Bereich 10⁶ bis 10¹² Ω cm. 1 shows in the upper part of a cross section through a toner roller 10 and in the lower part of the figure a longitudinal section. The toner roller 10 comprises a cylindrical base body 12 and an insulation layer 14 made of aluminum oxide. The aluminum oxide layer 14 has a layer thickness in the range between 60 .mu.m and 100 .mu.m, preferably in the range between 75 .mu.m and 85 .mu.m. The main body 12 can as in the present example as a solid roller with journals 16 be educated. However, it is also possible as a basic body 12 to use a hollow roll. The cylindrical body 12 consists of aluminum or an aluminum alloy; preferably, AlSi becomes 0.9 MgMn (according to international Standard ENAW 6081 ) or AlSi 1 MgMn ( Standard ENAW 6082 ) used. The electrically conductive surface of the body 12 is important because a DC voltage is applied to them, the toner particles on the outer surface of the insulation layer 14 attracts due to electric field forces. The specific resistance of the electrically conductive material of the body 12 or its conductive surface is in the range 10 ⁶ to 10 ¹² Ω cm.

2 zeigt den Einsatz der Tonerwalze 10 in einer Entwicklerstation 20. Ein Entwicklergemisch 22, umfassend Tonerteilchen und ferromagnetische Trägerteilchen wird mit Hilfe eines Gemischbaggers 24 zu einer Einfärbewalze 26 transportiert. Die Einfärbewalze 26 enthält als Magnetstator magnetische Elemente 28, welche die magnetischen Trägerteilchen anziehen. Bei Drehung der Hülle der Einfärbe walze 26 werden die Trägerteilchen zusammen mit den an ihnen anhaftenden Tonerteilchen weiter nach oben transportiert. Im Kontaktbereich 30 von Einfärbewalze 26 und Tonerwalze 10 trennen sich Tonerteilchen und Trägerteilchen. Die Tonerteilchen werden infolge elektrischer Feldkräfte auf der Isolationsschicht 14 (Aluminiumoxidschicht) der Tonerwalze 10 gehalten und nach oben weiter gefördert, während die ferromagnetischen Trägerteilchen in Richtung des Pfeils P1 zurück zum Entwicklergemisch 22 oder zu einer Reinigungswalze 34 gefördert werden. 2 shows the use of the toner roller 10 in a developer station 20 , A developer mix 22 comprising toner particles and ferromagnetic carrier particles is by means of a dredger 24 to a coloring roller 26 transported. The inking roller 26 contains magnetic elements as a magnetic stator 28 which attract the magnetic carrier particles. Upon rotation of the shell of the inking roller 26 The carrier particles are transported together with the adhering to them toner particles further up. In the contact area 30 of inking roller 26 and toner roller 10 Separate toner particles and carrier particles. The toner particles are due to electric field forces on the insulation layer 14 (Alumina layer) of the toner roller 10 held and further promoted upward, while the ferromagnetic carrier particles in the direction of arrow P1 back to the developer mixture 22 or to a cleaning roller 34 be encouraged.

Die auf der Oberfläche der Tonerwalze anhaftenden Tonerteilchen werden an die fotoempfindliche Schicht eines Zwischenträgers 32, z. B. ein bandförmiger Fotoleiter, herangeführt und springen infolge elektrischer Feldkräfte, die sich aufgrund eines latenten Ladungsbildes zwischen der fotoempfindlichen Schicht des Zwischenträgers 32 und der O berfläche der Tonerwalze 10 ausbilden, auf diese fotoempfindliche Schicht über und färben dieses Bild ein. Wegen des Sprungverhaltens der Tonerteilchen im Kontaktbereich von Tonerwalze 10 und Zwischenträger 32 wird die so eingesetzte Tonerwalze 10 häufig auch Jump-Walze genannt. Die nicht übertragenen Tonerteilchen werden von der Reinigungswalze 34, die ebenfalls einen Magnetstator mit Magnetelementen 35 enthält, unter Verwendung von ferromagnetischen Trägerteilchen abgereinigt. Das Gemisch aus abgereinigten Tonerteilchen und Trägerteilchen wird gemäß dem Pfeil P2 wieder dem Entwicklergemisch 22 zugeführt.The toner particles adhering to the surface of the toner roller are attached to the photosensitive layer of an intermediate carrier 32 , z. As a band-shaped photoconductor, brought up and jump due to electric field forces due to a latent charge image between the photosensitive layer of the intermediate carrier 32 and the surface of the toner roller 10 Apply to this photosensitive layer and color this image. Because of the jumping behavior of the toner particles in the contact area of toner roller 10 and subcarriers 32 becomes the used toner roller 10 often called a jump roller. The untransferred toner particles are removed from the cleaning roller 34 , which also has a magnetic stator with magnetic elements 35 contains, cleaned using ferromagnetic carrier particles. The mixture of purified toner particles and carrier particles becomes the developer mixture again according to the arrow P2 22 fed.

3 zeigt beispielhaft elektrische Potentialverhältnisse in der Entwicklerstation 20. Die Einfärbewalze 26 wird mit einem Gleichspannungspotential beaufschlagt, während die Tonerwalze 10 mit einer Wechselspannung, der eine Gleichspannung überlagert sein kann, beaufschlagt wird. Die Reinigungswalze 34 wiederum wird mit einem Potential beaufschlagt, welches dem Potential der Einfärbewalze 26 entgegengesetzt ist. Die angelegten Potentiale sind so gewählt, dass die Tonerteilchen einerseits vom Entwicklergemisch 22 nach oben zum Zwischenträger 32 gefördert werden und sich andererseits von der Tonerwalze 10 wieder loslösen können, um auf die fotoempfindliche Schicht des Zwischenträgers 32 über zuspringen. 3 shows exemplary electrical potential conditions in the developer station 20 , The inking roller 26 is applied with a DC potential while the toner roller 10 with an AC voltage, which may be superimposed on a DC voltage, is applied. The cleaning roller 34 in turn, a potential is applied which corresponds to the potential of the inking roller 26 is opposite. The applied potentials are chosen so that the toner particles on the one hand from the developer mixture 22 up to the intermediate carrier 32 be promoted and on the other hand from the toner roller 10 can detach again to the photosensitive layer of the subcarrier 32 to jump over.

In den Kontaktbereichen zwischen Einfärbewalze 26 und Tonerwalze 10 sowie Tonerwalze 10 und Reinigungswalze 34 kommt es aufgrund der relativ engen Spalte, typischerweise 1,0 mm, zu einer erhöhten mechanischen Beanspruchung der Walzenoberflächen aufgrund der harten ferromagnetischen Trägerteilchen, die durch diese Spalte hindurchtransportiert werden. Demgemäß muss die Isolationsschicht 14 auf der Tonerwalze 10 eine hohe Abrasionsbeständigkeit haben, damit der Verschleiß gering ist und eine hohe Standzeit für die Tonerwalze 10 erreicht wird. Außerdem muss die Isolationsschicht 14 so beschaffen sein, dass sie aufgrund der angelegten Hochspannungen es zu keinem Kurzschluss zwischen den einzelnen Walzen kommt. Daher ist bei der Tonerwalze 10 eine isolierende Beschichtung erforderlich, während bei der Einfärbewalze 26 und der Reinigungswalze 34 elektrisch leitende Beschichtungen vorgesehen sein können. Bei der positiven Halbwelle der an die Tonerwalze 10 angelegten Wechselspannung beträgt die Potentialdifferenz zur Reinigungswalze 34 ca. 2 kVss und bei negativer Halbwelle sogar bis zu 3 kVss. Ein qualitativ hochwertiger Betrieb ist deshalb nur dann möglich, wenn eine ausreichende Hochspannungsfestigkeit durch die Isolationsschicht 14 (Aluminiumoxidschicht) der Tonerwalze 10 gegeben ist. Die Anforderungen nach einer hohen Abrasionsbeständigkeit und einer hohen Hochspannungsfestigkeit machen es schwierig, geeignete Materialien für die Isolationsschicht 14 zu finden. Die Dicke der Isolationsschicht 14 liegt typischerweise in einem Bereich von 60 µm bis 100 µm. Bei einer zu dünnen Schicht kann es zu Hochspannungsüberschlägen kommen. Außerdem kann eine dünne Schicht Probleme im Hinblick auf die Abrasionsbeständigkeit bereiten. Bei einer zu dicken Isolationsschicht ist die elektrische Isolationswirkung zu groß.In the contact areas between inking roller 26 and toner roller 10 and toner roller 10 and cleaning roller 34 Due to the relatively narrow gaps, typically 1.0 mm, there is an increased mechanical stress on the roll surfaces due to the hard ferromagnetic carrier particles that are transported through these gaps. Accordingly, the insulating layer must 14 on the toner roller 10 have a high abrasion resistance, so that the wear is low and a long service life for the toner roller 10 is reached. In addition, the insulation layer must 14 be designed so that it does not come to a short circuit between the individual rollers due to the applied high voltages. Therefore, in the toner roller 10 an insulating coating is required while at the inking roller 26 and the cleaning roller 34 electrically conductive coatings may be provided. At the positive half wave to the toner roller 10 applied AC voltage is the potential difference to the cleaning roller 34 about 2 kVss and with negative half-wave even up to 3 kVss. High-quality operation is therefore only possible if a sufficient high-voltage strength through the insulation layer 14 (Alumina layer) of the toner roller 10 given is. The requirements for a high abrasion resistance and a high high-voltage strength make it difficult to find suitable materials for the insulation layer 14 to find. The thickness of the insulation layer 14 typically ranges from 60 μm to 100 μm. Too thin a layer can cause high voltage flashovers. In addition, a thin layer may pose problems in terms of abrasion resistance. If the insulation layer is too thick, the electrical insulation effect is too great.

4 zeigt eine Bad-Reihe 40 mit einer Anzahl verschiedener Bäder, in die der Grundkörper 12 eingetaucht wird, um die elektrolytische Oxidation zur Herstellung der isolierenden Oxidschicht 14 (Aluminiumoxidschicht) durchzuführen. Zunächst wird der Grundkörper 12 in einem Entfettungsbad 42 entfettet, woraufhin in einer Sparspüle 44, wobei wieder verwendbares, aufbereitetes Kreislaufwasser mit Raumtempe ratur verwendet wird, und danach in einer Fließspüle 46, bei der das Wasser mit Raumtemperatur nur einmalig verwendet wird, jeweils ein Spülvorgang erfolgt. Anschließend wird der Grundkörper 12 in ein etwa 60° warmes Beiz-Bad 48, enthaltend NaOH, getaucht, in welchem die dünne natürliche Oxidschicht des Aluminiums, welche nur wenige nm beträgt, entfernt wird. Daraufhin erfolgt ein erster Spülvorgang mit Kreislaufwasser in der Sparspüle 50 und danach ein zweiter Spülvorgang in der Fließspüle 52. Anschließend erfolgt ein Klärvorgang in einem Klär-Bad 54, welches HnO₃ mit 10 Vol% und sonst entionisiertes Wasser enthält. Danach folgt ein Spülen in einer Sparspüle 56 mit entionisiertem Wasser. Dieses entionisierte Wasser ist frei von Kationen und Anionen. Der Spülvorgang wird in einer Fließspüle 58 mit entionisiertem Wasser fortgesetzt. 4 shows a bath series 40 with a number of different baths in which the main body 12 is dipped to the electrolytic oxidation for the production of the insulating oxide layer 14 (Alumina layer) perform. First, the main body 12 in a degreasing bath 42 degreased, whereupon in a savings sink 44 , where reusable, recycled circulating water is used with room temperature tempering, and then in a flow sink 46 , in which the water is used only once with room temperature, one flushing takes place. Subsequently, the main body 12 in a 60 ° warm pickling bath 48 containing NaOH, in which the thin natural oxide layer of aluminum, which is only a few nm, is removed. This is followed by a first rinse with circulating water in the economy rinse 50 and then a second rinse in the flow sink 52 , This is followed by a clarification process in a sewage bath 54 containing HnO ₃ at 10% by volume and otherwise deionized water. This is followed by a rinse in a sink 56 with deionized water. This deionized water is free of cations and anions. The rinsing process is in a flow rinse 58 continued with deionized water.

Danach erfolgt der eigentliche elektrolytische Oxidationsvorgang in einem Eloxal-Bad 60. Dieses Eloxal-Bad 60 enthält Schwefelsäure im Bereich von 10 bis 20 Vol%, vorzugsweise im Bereich von 14 bis 16 Vol%. Das Eloxal-Bad 60 wird stark gekühlt, so dass die elektrolytische Lösung eine Temperatur im Bereich von –5°C bis +10°C hat, vorzugsweise im Bereich von –2°C bis +2°C. Der Grundkörper 12 wird an die positive Elektrode (Anode) gelegt und mit einer Stromdichte im Bereich von 2 bis 4 A/dm², vorzugsweise im Bereich von 2,7 A/dm² ± 0,4 A/dm² beaufschlagt. Die Gleichspannung zwischen dem Grundkörper 12 als Anode und der Gegenelektrode (Kathode), die aus einem Material besteht, welches vom Elektrolyten nicht angegriffen wird, wird ausgehend von einem Anfangswert über die Zeit fortlaufend erhöht, um auch bei einem Anwachsen der isolierenden Oxidschicht die genannten Stromdichten aufrecht zu erhalten. Typischerweise hat die Gleichspannung zwischen Anode und Kathode einen Anfangswert von 20 V ± 7 V und wird über die Zeit relativ gleichmäßig auf einen Wert bis etwa 60 V erhöht. Die Dauer der elektrolytischen Behandlung liegt im Bereich von 140 bis 180 Minuten, typischerweise bei 160 Minuten. Hierbei wird eine Oxidschicht der Dicke von 75 bis 85 µm erzeugt, typischerweise 80 µm. Diese Schicht ist relativ feinporig und hat eine Härte bis 1000 HV (Vickershärte).Thereafter, the actual electrolytic oxidation process takes place in an anodizing bath 60 , This anodizing bath 60 contains sulfuric acid in the range of 10 to 20% by volume, preferably in the range of 14 to 16% by volume. The anodizing bath 60 is strongly cooled so that the electrolytic solution has a temperature in the range of -5 ° C to + 10 ° C, preferably in the range of -2 ° C to + 2 ° C. The main body 12 is applied to the positive electrode (anode) and applied with a current density in the range of 2 to 4 A / dm ² , preferably in the range of 2.7 A / dm ² ± 0.4 A / dm ² . The DC voltage between the main body 12 As an anode and the counterelectrode (cathode), which consists of a material which is not attacked by the electrolyte, is continuously increased from an initial value over time, in order to maintain said current densities, even with an increase of the insulating oxide layer. Typically, the DC voltage between anode and cathode has an initial value of 20V ± 7V and is increased relatively evenly over time to a value of up to about 60V. The duration of the electrolytic treatment is in the range of 140 to 180 minutes, typically 160 minutes. Here, an oxide layer of thickness of 75 to 85 microns is generated, typically 80 microns. This layer is relatively fine-pored and has a hardness up to 1000 HV (Vickers hardness).

Anschließend erfolgt in einer Sparspüle 62 mit entionisiertem Wasser ein erster Spülvorgang und daraufhin in einer nachfolgenden Fließspüle 64 ein zweiter Spülvorgang mit entionisiertem Wasser bei Raumtemperatur für eine Dauer von 15 bis 30 Minuten, vorzugsweise 20 bis 25 Minuten. Um die Poren zu anzuverdichten, erfolgt ein Verdichtungsprozess in einem Heißwasser-Bad 66, welches entionisiertes Wasser enthält. Die Badtemperatur liegt im Bereich größer 90°C. Das Verdichten erfolgt über eine Dauer von 8 bis 12 Minuten, vorzugsweise von 9 bis 11 Minuten. In dem Heißwasser-Bad 66 kommt es zu einer Reaktion zwischen dem Aluminiumoxid und Wasser. Das heiße Wasser dient dazu, die Poren zu verengen und weitgehend zu verschließen. Vorzugsweise enthält das Heißwasser-Bad 66 Ammoniumacetat im Bereich von 0,08 bis 0,12 Vol%. der pH-Wert sollte ≥ 5 sein. Damit der pH-Wert nicht auf einen Wert < 5 abfällt, wird NaOH zur Korrektur verwendet.Then it takes place in a savings sink 62 with deionized water, a first rinse and then in a subsequent flow rinse 64 a second rinse with deionized water at room temperature for a period of 15 to 30 minutes, preferably 20 to 25 minutes. To compress the pores, a compression process takes place in a hot water bath 66 containing deionized water. The bath temperature is greater than 90 ° C. The compression takes place over a period of 8 to 12 minutes, preferably 9 to 11 minutes. In the hot water bath 66 There is a reaction between the aluminum oxide and water. The hot water serves to narrow the pores and largely close them. Preferably, the hot water bath contains 66 Ammonium acetate in the range of 0.08 to 0.12% by volume. the pH should be ≥ 5. So that the pH does not drop to a value <5, NaOH is used for correction.

Im Anschluss an den Durchlauf der verschiedenen Bäder erfolgt ein Trocknungsprozess in einer Trocknungseinrichtung 68, bei der die Oberfläche der Harteloxalschicht weiter verdichtet wird.Following the passage of the various baths, a drying process takes place in a drying device 68 in which the surface of the hard-anodized layer is further densified.

5 zeigt eine Spannungskennlinie, die den Verlauf der angelegten Gleichspannung U über die Zeit t bei der elektrolytischen Oxidation angibt. Ausgehend von einem Anfangswert im Bereich von 20 bis 30 V steigt während der elektrolytischen Behandlung die Spannung etwa gleichmäßig bis auf einen Wert von 60 V bei einer Dauer von 160 Minuten an. Der Anstieg der Spannung ergibt sich aufgrund der Erhöhung des Widerstands der Isolationsschicht 14 auf dem Grundkörper 12. Die gezeigte Spannung ist erforderlich, um die Stromdichte im Bereich von 2 bis 4 A/dm², vorzugsweise 2,5 bis 3,5 A/dm² konstant zu halten. 5 shows a voltage characteristic indicating the course of the applied DC voltage U over the time t in the electrolytic oxidation. Starting from an initial value in the range of 20 to 30 V, during the electrolytic treatment, the voltage increases approximately equally to a value of 60 V for a period of 160 minutes. The increase in voltage is due to the increase in the resistance of the insulating layer 14 on the body 12 , The voltage shown is required to keep the current density constant in the range of 2 to 4 A / dm ² , preferably 2.5 to 3.5 A / dm ² .

Die durch das elektrolytische Oxidationsverfahren erzielbare Isolationsschicht hat folgende Eigenschaften:

a) Sie ist abriebfest und abrasionsbeständig gegenüber ferromagnetischen Trägerteilchen und Eisenpulver;
b) sie ist elektrisch isolierend;
c) sie ist hochspannungsfest bis mindestens 2 kVss (Vss Spannung von Spitze zu Spitze gemessen);
d) der spezifische Durchgangswiderstand der Isolationsschicht beträgt mindestens 10⁶ bis 10⁸ Ωcm;
e) durch eine nachfolgende Oberflächenbearbeitung (z. B.
Schleifen) beträgt die Oberflächenrauigkeit als Bemittelte Rautiefe Rz < 2 μm; die zylindrische Unrundheit (Rundlauftoleranz) der Oberfläche beträgt < 7 μm;
f) die Lebensdauer als Jump-Walze in einer Entwicklerstation beträgt > 3000 Betriebsstunden.

The insulation layer achievable by the electrolytic oxidation process has the following properties:

a) it is resistant to abrasion and abrasion against ferromagnetic carrier particles and iron powder;
b) it is electrically insulating;
c) it is high voltage resistant up to at least 2 kVss (Vss voltage measured from peak to peak);
d) the volume resistivity of the insulating layer is at least 10 ⁶ to 10 ⁸ Ωcm;
e) by a subsequent surface treatment (eg.
Grinding) the surface roughness is the average roughness Rz <2 μm; the cylindrical runout (concentricity tolerance) of the surface is <7 μm;
f) the lifetime as a jump roller in a developer station is> 3000 operating hours.

1010: Tonerwalzetoner roller
1212: Grundkörperbody
1414: Isolationsschichtinsulation layer
1616: Lagerzapfenpivot
2020: Entwicklerstationdeveloper station
2222: Entwicklergemischdeveloper mixture
2424: Gemischbaggermixture excavators
2626: Einfärbewalzeinking
2828: magnetische Elementemagnetic elements
3030: Kontaktbereichcontact area
P1, P2P1, P2: Richtungspfeiledirectional arrows
3232: Zwischenträgersubcarrier
3434: Reinigungswalzecleaning roller
3535: Magnetelementemagnetic elements
4040: Bad-ReiheBad series
4242: Entfettungsbaddegreasing
44, 5044 50: Sparspülesaving sink
4848: Beiz-BadPickling bath
46, 5246 52: Fließspüleflow rinse
5454: Klär-BadClarifying bath
56, 6256 62: Sparspüle mit entionisiertem Wassersaving sink with deionized water
58, 6458 64: Fließspüle mit entionisiertem Wasserflow rinse with deionized water
6060: Eloxal-BadAnodizing bath
6666: Heißwasser-BadHot water bath
6868: Trocknungseinrichtungdrying device
UU: GleichspannungDC
tt: ZeitTime

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- US 6327452 B1 [0003]
US 473418 [0003]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- Standard ENAW 6081 [0016]
- Standard ENAW 6082 [0016]

Claims

Method for producing a toner roller ( 10 for an electrographic printer or copier, the surface of which is suitable for carrying a toner layer, in which on a cylindrical base body ( 12 ) of aluminum or aluminum alloy by electrolytic oxidation an oxide layer in a sulfuric acid bath ( 60 ), the bath ( 60 ) Contains sulfuric acid in the range of 10 to 20% by volume and otherwise deionized water and has a bath temperature of -5 ° C to + 10 ° C, the current density for the anodically connected body ( 12 ) is in the range of 2 to 4 A / dm ² , wherein the DC voltage between the anode and cathode is increased from an initial value over time to maintain the predetermined value of the current density in this range, and wherein the formed oxidation layer in a compression process in a hot water bath ( 66 ) is densified with deionized water at a temperature in the range greater than 90 ° C for a period of eight to twelve minutes.

Method according to Claim 1, in which the current density for the anodically connected base body ( 12 ) is in the range of 2.7 A / dm ² ± 0.4 A / dm ² .

The method of claim 1 or 2, wherein the DC voltage between anode and cathode an initial value of 20 volts ± 7 Volt has and over time to a value up to about 60 volts is increased.

Method according to one of the preceding claims, where the bath temperature is in a restricted range from -2 ° C to + 2 ° C.

Method according to one of the preceding claims, in which the bath ( 60 ) Contains sulfuric acid in the restricted range of 14 to 16% by volume.

Method according to one of the preceding claims, in which the hot water bath ( 66 ) Ammonium acetate in the range of 0.08 to 0.12% by volume is added.

Method according to claim 6, wherein during the Compacting a decrease in the pH is reduced to a value <5, preferably using NaOH for correction.

Method according to one of the preceding claims, in which as the material for the basic body ( 12 ) AlSi 0.9 MgMn or AlSi 1 MgMn is used.