DE102011088589A1

DE102011088589A1 - Aufschmelzelement und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102011088589A1
Application number: DE102011088589A
Authority: DE
Inventors: George C. Cardoso; Pinyen Lin; Anthony S. Condello; Jason M. LeFevre; Richard W. Seyfried; Grace T. Brewington; Christopher Lynn; Dale R. Mashtare; James R. Beachner
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2012-06-21
Also published as: US20120155919A1; US8565659B2; JP2012128416A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aufschmelzwalze mit einer Oberflächenschicht, die Aluminiumoxid umfasst, das durch anodische Oxidation erzeugt wurde und das mit einem Fluor-enthaltenden Versiegelungsmittel imprägniert wurde. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen des Aufschmelzelementes.

Description

Diese Erfindung betrifft ein Aufschmelzelement, das in elektrofotografischen Apparaturen zum Erzeugen eines Bildes, wie zum Beispiel in digitalen Apparaturen, in Bild-auf-Bild-Apparaturen und dergleichen, verwendet werden kann. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen des Aufschmelzelementes sowie dessen Verwendung.
In einer gewöhnlichen elektrofotografischen Druck- oder Kopierapparatur (wie zum Beispiel einem Kopierer/Duplikator, einem Drucker, einem multifunktionellen System oder dergleichen) wird ein latentes Bild aus einem Ladungsmuster auf einem gleichmäßig aufgeladenen fotoleitfähigen oder dielektrischen Element erzeugt. Dann werden Pigmentteilchen (Toner) mit dem latenten Bild aus einem Ladungsmuster in Kontakt gebracht, um dieses Bild auf dem fotoleitfähigen oder dielektrischen Element zu entwickeln. Danach wird ein Bildempfangsmaterial, wie zum Beispiel Papier, in Kontakt mit dem fotoleitfähigen oder dielektrischen Element gebracht, und es wird ein elektrisches Feld angelegt, um das entwickelte Bild aus den Pigmentteilchen vom fotoleitfähigen oder dielektrischen Element auf das Bildempfangsmaterial zu übertragen. Nach der Übertragung wird das Bildempfangsmaterial mit dem übertragenen Bild vom dielektrischen Element entfernt und einer Aufschmelzvorrichtung zugeführt, in der das Bild unter Einwirkung von Wärme und/oder Druck auf dem Bildempfangsmaterial fixiert (aufgeschmolzen) wird, so dass ein permanentes Bild auf dem Bildempfangsmaterial erzeugt wird. Dabei wird das Bildempfangsmaterial zwischen einer Druckwalze und einer erwärmten Aufschmelzwalze (Aufschmelzelement) hindurchgeleitet.
Die Lebensdauer einer gewöhnlichen Aufschmelzwalze ist kürzer als die Lebensdauer einer elektrofotografischen Druck- oder Kopierapparatur, so dass die Aufschmelzwalze im Laufe der Verwendung der Druck- oder Kopierapparatur mehrfach ausgewechselt werden muss. Das Aufschmelzelement ist gewöhnlich das teuerste Teil der Apparatur, das vom Verwender ausgewechselt werden kann, so dass ein Auswechseln des Aufschmelzelementes die Betriebskosten deutlich erhöht. Es besteht deshalb ein Bedarf an einer Aufschmelzwalze mit einer Lebensdauer, die der Lebensdauer einer Druck- oder Kopierapparatur entspricht oder sogar noch darüber liegt.
Die vorliegende Erfindung stellt bereit:

(1) Ein Aufschmelzelement mit einer Oberflächenschicht, die Aluminiumoxid umfasst, das durch anodische Oxidation erzeugt wurde und das Poren enthält, wobei die Poren mit einem Fluor-enthaltenden Versiegelungsmittel imprägniert wurden.
(2) Ein Aufschmelzelement gemäß Punkt (1), wobei die Oberflächenschicht eine Dicke von etwa 5 μm (Mikrometer) bis etwa 50 μm hat.
(3) Ein Aufschmelzelement gemäß Punkt (1) oder (2), wobei die Oberflächenschicht eine Oberflächenrauhigkeit (Ra) von weniger als 600 nm hat.
(4) Ein Aufschmelzelement gemäß einem der Punkte (1) bis (3), wobei die Oberflächenschicht einen spezifischen Oberflächenwiderstand von weniger als etwa 10¹³ Ohm/Flächenquadrat (Ω/☐) hat.
(5) Ein Aufschmelzelement gemäß einem der Punkte (1) bis (4), wobei das Fluor-enthaltende Versiegelungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Nickelfluorid und Polytetrafluorethylen.
(6) Ein Aufschmelzelement gemäß einem der Punkte (1) bis (5), weiterhin umfassend ein Öl mit einer funktionellen Silikonverbindung, das auf der Oberflächenschicht aufgebracht ist.
(7) Ein Aufschmelzelement gemäß einem der Punkte (1) bis (6), wobei die oberflächliche Anzahl an Poren im Bereich von etwa 250 Milliarden bis etwa 500 Milliarden pro Quadratinch liegt.
(8) Ein Aufschmelzelement gemäß einem der Punkte (1) bis (7), weiterhin umfassend einen Aluminiumkern.
(9) Ein Verfahren zum Herstellen eines Aufschmelzelementes, umfassend die folgenden Schritte: das Bereitstellen eines Substrats mit einer äußeren Aluminiumoberfläche; das anodische Oxidieren (Anodisieren) der äußeren Aluminiumoberfläche, um eine Oberflächenschicht aus Aluminiumoxid zu bilden, die Poren enthält; und das Imprägnieren der Poren mit einem Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Nickelfluorid und Polytetrafluorethylen.
(10) Ein Verfahren gemäß Punkt (9), weiterhin umfassend das Polieren der beschichteten Oberfläche, bis die Oberflächenrauhigkeit etwa 5 Mikroinch bis etwa 35 Mikroinch beträgt.
(11) Ein Verfahren gemäß Punkt (9) oder (10), weiterhin umfassend das Ätzen der äußeren Aluminiumoberfläche und das Reinigen der geätzten Oberfläche, bevor das Anodisieren durchgeführt wird.
(12) Ein Verfahren gemäß Punkt (11), wobei das Ätzen der äußeren Aluminiumoberfläche feine Poren (Pits) mit einer Tiefe von etwa 5 μm bis etwa 100 μm erzeugt.
(13) Ein Verfahren gemäß einem der Punkte (9) bis (12), wobei das Anodisieren der Oberfläche das Eintauchen des Substrats mit einer Aluminiumoberfläche in Schwefelsäure und das Anlegen einer Gleichspannung (DC) umfasst.
(14) Ein Verfahren gemäß Punkt (13), wobei das Eintauchen des Substrats mit einer Aluminiumoberfläche bei einer Temperatur von etwa 25°C bis etwa 200°C durchgeführt wird.
(15) Ein Verfahren gemäß einem der Punkte (9) bis (14), wobei die Oberflächenschicht aus Aluminiumoxid eine Dicke von etwa 5 μm bis etwa 100 μm hat.
(16) Ein Verfahren gemäß einem der Punkte (9) bis (15), wobei die oberflächliche Anzahl an Poren im Bereich von etwa 250 Milliarden bis etwa 500 Milliarden pro Quadratinch liegt.
(17) Eine Apparatur zum Erzeugen eines Bildes auf einem Aufzeichnungsmedium, umfassend einen Bestandteil mit einer Oberfläche, die aufgeladen werden kann und auf der ein latentes elektrostatisches Bild erzeugt werden kann; eine Entwicklungsvorrichtung, mit der ein Toner auf die aufladbare Oberfläche aufgebracht wird, um das latente elektrostatische Bild zu entwickeln und um ein entwickeltes Bild auf der aufladbaren Oberfläche zu erzeugen; eine Übertragungsvorrichtung, mit der das entwickelte Bild von der aufladbaren Oberfläche auf ein Bildempfangsmaterial übertragen wird; und ein Aufschmelzelement, mit dem das Tonerbild auf die Oberfläche des Bildempfangsmaterials aufgeschmolzen wird, wobei das Aufschmelzelement eine Oberflächenschicht umfasst, die Aluminiumoxid enthält, das durch anodische Oxidation erzeugt wurde und das mit einem Versiegelungsmittel imprägniert wurde, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Nickelfluorid und Polytetrafluorethylen.
(18) Eine Apparatur gemäß Punkt (17), die Oberflächenschicht eine Dicke von etwa 5 μm bis etwa 100 μm hat.
(19) Eine Apparatur gemäß Punkt (17) oder (18), wobei die Oberflächenschicht eine Oberflächenrauhigkeit (Ra) von weniger als 600 nm hat.
(20) Eine Apparatur gemäß einem der Punkte (17) bis (19), wobei die Oberflächenschicht einen spezifischen Oberflächenwiderstand von weniger als etwa 10¹³ Ohm/Flächenquadrat hat.

Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Aufschmelzwalze mit einer Oberflächenschicht, die Aluminiumoxid umfasst, das durch anodische Oxidation erzeugt wurde und das mit einem Fluor-enthaltenden Versiegelungsmittel imprägniert wurde.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Aufschmelzelementes. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Substrats mit einer äußeren Aluminiumoberfläche und das Anodisieren der äußeren Aluminiumoberfläche, um eine Oberflächenschicht aus Aluminiumoxid zu bilden, die Poren enthält. Die Poren werden mit einem Material imprägniert, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Nickelfluorid und Polytetrafluorethylen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Apparatur zum Erzeugen eines Bildes auf einem Aufzeichnungsmedium. Die Apparatur umfasst einen Bestandteil mit einer Oberfläche, die aufgeladen werden kann und auf der ein latentes elektrostatisches Bild erzeugt werden kann; eine Entwicklungsvorrichtung, mit der ein Toner auf die aufladbare Oberfläche aufgebracht wird, um das latente elektrostatische Bild zu entwickeln und um ein entwickeltes Bild auf der aufladbaren Oberfläche zu erzeugen; eine Übertragungsvorrichtung, mit der das entwickelte Bild von der aufladbaren Oberfläche auf ein Bildempfangsmaterial übertragen wird; und ein Aufschmelzelement, mit dem das Tonerbild auf die Oberfläche des Bildempfangsmaterials aufgeschmolzen wird. Das Aufschmelzelement umfasst eine Oberflächenschicht, die Aluminiumoxid enthält, das durch anodische Oxidation erzeugt wurde und das mit einem Versiegelungsmittel imprägniert wurde, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Nickelfluorid und Polytetrafluorethylen.
Die 1 zeigt die Funktionsweise einer elektrofotografischen Apparatur.
Die 2 zeigt eine Schnittansicht einer herkömmlichen Aufschmelzwalze mit einer Struktur aus drei Schichten.
Die 3 zeigt den Querschnitt einer erfindungsgemäßen Aufschmelzwalze mit einer Oberfläche aus anodisiertem Aluminium, die mit einem Versiegelungsmittel imprägniert wurde.
Die 4 ist eine vergrößerte Ansicht der Oberfläche einer Aufschmelzwalze mit einer Oberfläche aus anodisiertem Aluminium, die mit einem Versiegelungsmittel imprägniert wurde.
Die 5 zeigt die Schritte eines Verfahrens, das angewandt werden kann, um eine Aufschmelzwalze mit einer Oberfläche aus anodisiertem Aluminium, die mit einem Versiegelungsmittel imprägniert wurde, herzustellen.
Die 1 zeigt eine gewöhnliche elektrofotografische Apparatur, in der ein Lichtbild eines Originals, das kopiert werden soll, in Form eines elektrostatischen latenten Bildes auf einem lichtempfindlichen Element aufgebracht wird. Das latente Bild wird dann mit Hilfe von elektrisch geladenen Teilchen eines thermoplastischen Harzes, die gewöhnlich als ”Toner” bezeichnet werden, sichtbar gemacht. Genauer gesagt, die Oberfläche eines Fotorezeptors 10 wird mit Hilfe einer Ladevorrichtung 12 aufgeladen, die über eine Stromquelle 11 mit einer Spannung versorgt wird. Der Fotorezeptor 10 wird dann bildweise mit Licht eines optischen Systems oder einer Bildeingabeapparatur 13, wie zum Beispiel mit einem Laser oder einer LED, belichtet, wobei ein elektrostatisches latentes Bild auf dem Fotorezeptor erzeugt wird. Das elektrostatische latente Bild wird gewöhnlich entwickelt, indem es mit einem Entwicklergemisch aus der Entwicklungsvorrichtung 14 in Kontakt gebracht wird. Die Entwicklung kann unter Verwendung einer magnetischen Bürste oder einer Pulverwolke, oder unter Anwendung eines anderen bekannten Entwicklungsprozesses durchgeführt werden. Ein Trockenentwicklergemisch umfasst gewöhnlich Trägerteilchen, an denen Tonerteilchen triboelektrisch anhaften. Die Tonerteilchen werden von den Trägerteilchen auf das latente Bild übertragen, wobei ein Tonerpulverbild auf dem latenten Bild erzeugt wird. Alternativ kann ein flüssiger Entwickler verwendet werden, der einen flüssigen Träger mit darin dispergierten Tonerteilchen enthält. Der flüssige Entwickler wird mit dem elektrostatischen latenten Bild in Kontakt gebracht, und die Tonerteilchen werden auf dem elektrostatischen latenten Bild in Form eines Bildes abgeschieden.
Nachdem die Tonerteilchen auf der lichtempfindlichen Oberfläche in Form eines Bildes abgeschieden wurden, werden sie mit Hilfe einer Übertragungsvorrichtung 15 auf ein Bildempfangsmaterial 16 übertragen, wobei die Übertragung durch Anwendung von Druck oder elektrostatisch erfolgen kann. Alternativ kann das entwickelte Bild zuerst auf ein Zwischenübertragungselement und danach auf das Bildempfangsmaterial übertragen werden.
Nach der Übertragung des entwickelten Bildes wird das Bildempfangsmaterial 16 einer Aufschmelzvorrichtung 19 zugeführt, die in der 1 aus Aufschmelz- und Druckwalzen besteht, und das entwickelte Bild wird auf das Bildempfangsmaterial 16 aufgeschmolzen, während das Bildempfangsmaterial 16 zwischen dem Aufschmelzelement 20 und dem Druckelement 21 hindurchgeleitet wird, wobei ein permanentes Bild erzeugt wird. Nach der Übertragung gelangt die Oberfläche des Fotorezeptors 10 an die Reinigungsvorrichtung 17, mit der restlicher Toner vom Fotorezeptor 10 entfernt wird, wobei eine Klinge beziehungsweise Rakel (wie in der 1 gezeigt), eine Bürste oder eine andere Reinigungsvorrichtung verwendet werden kann.
Die 2 zeigt eine vergrößerte schematische Ansicht eines herkömmlichen Aufschmelzelementes 100, die die verschiedenen möglichen Schichten illustriert. Das herkömmliche Aufschmelzelement 100, das in der 2 gezeigt ist, umfasst ein Substrat 110, auf dem eine Zwischenschicht 120 aufgebracht ist. Das Substrat 110 besteht gewöhnlich aus einem Metall, wie zum Beispiel Aluminium, Nickel oder Edelstahl. Das Substrat 110 kann ein Hohlkörper, wie zum Beispiel eine Röhre, oder ein massiver Körper sein. Die Zwischenschicht 120 kann aus einem Kautschukpolymer, wie zum Beispiel einem Kautschuk vom Silikon-Typ, oder aus einem anderen geeigneten Kautschukmaterial bestehen. Auf der Zwischenschicht 120 ist eine äußere Schicht 130 aufgebracht, die ein Polymer (gewöhnlich ein Fluorpolymer) umfasst.
Die Gesamtdicke der Zwischenschicht 120 und der äußeren Schicht 130 des Aufschmelzelementes, das in der 2 gezeigt ist, beträgt mehr als 250 μm. Die Zwischenschicht 120 und die äußere Schicht 130 wirken als thermische Barriere, so dass die Aufschmelzwalze bei einer relativ hohen Temperatur betrieben werden muss, damit der Toner geschmolzen werden kann. Die typische Betriebstemperatur einer Aufschmelzwalze dieses Typs liegt im Bereich von etwa 180°C bis etwa 220°C. Je höher die Betriebstemperatur ist, desto mehr Energie wird benötigt, um die Apparatur zu betreiben. Hohe Betriebstemperaturen in elektrofotografischen Maschinen führen dazu, dass die Lebensdauer der anderen Bestandteile der Maschinen, wie zum Beispiel die Lebensdauer der Druckwalzen, verkürzt wird. Zusätzlich werden Aufschmelzwalzen mit einer äußeren Oberfläche aus einem Fluorpolymer schneller abgetragen, so dass sie häufig ersetzt werden müssen.
Die erfindungsgemäße Aufschmelzwalze löst die zuvor beschriebenen Probleme. Die 3 zeigt den Querschnitt einer Aufschmelzwalze entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Aufschmelzwalze umfasst einen Aluminiumkern 300 mit einer Oberflächenschicht 315 aus Aluminiumoxid, das durch anodische Oxidation erzeugt wurde und das mit einem Versiegelungsmittel imprägniert wurde, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Nickelfluorid, Polytetrafluorethylen und anderen ähnlichen Materialien. Die Dicke der Oberflächenschicht 315 kann im Bereich von etwa 5 μm bis etwa 50 μm, im Bereich von etwa 10 μm bis etwa 40 μm oder im Bereich von etwa 15 μm bis etwa 30 μm liegen.
Die 4 ist eine vergrößerte, nicht maßstabsgetreue Ansicht der Oberflächenschicht 315 der 3. Das Basismaterial 400 ist das Aluminium des Aluminiumkerns 300 (3). Die Oberflächenschicht 315 besteht aus anodisiertem Aluminium 415 mit Poren 416. Die oberflächliche Anzahl an Poren 416 liegt im Bereich von etwa 250 Milliarden bis etwa 500 Milliarden pro Quadratinch. Das Versiegelungsmittel ist auf dem anodisierten Aluminium mit den Poren 416 aufgebracht. Das Versiegelungsmittel ist eine Fluor-enthaltende Verbindung. Beispiele für geeignete Versiegelungsmittel umfassen Nickelfluorid und Polytetrafluorethylen. Das Versiegelungsmittel wird in die Poren imprägniert und verleiht der Oberflächenschicht die geeigneten Eigenschaften, die für eine Aufschmelzwalze erforderlich sind. Die Härte der Oberflächenschicht 315 liegt zwischen 7 und 9 unter Verwendung der Mohs-Skala, oder zwischen 60 und 70 unter Verwendung der Rockwell C-Skala.
Die Oberflächenschicht 315 ist korrosionsbeständig und kann mehr als 13000 Stunden lang einem Salzsprühtest gemäß der Federal Specification QQ-M-151a ausgesetzt werden, ohne dass sie beschädigt wird. Die Oberflächenschicht 315 hat, verglichen mit gehärtetem Stahl, eine hervorragende Verschleißbeständigkeit.
Ein Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Aufschmelzelementes ist schematisch in der 5 gezeigt. In Schritt 500 wird ein Aluminiumrohling, wie zum Beispiel eine Aluminiumröhre, mit der geeigneten Größe bereitgestellt. Der Aluminiumrohling kann auch ein massiver Zylinder sein. In Schritt 510 wird die Oberfläche der Aluminiumröhre poliert, bis die Oberflächenrauhigkeit etwa 5 Mikroinch bis etwa 35 Mikroinch beträgt. Dabei wird die Oberfläche aufgerauht, Wenn eine Walze vor der Verarbeitung poliert wird, kann die Oberflächenrauhigkeit nach der Verarbeitung größer als die Oberflächenrauhigkeit nach dem Polieren sein. Deshalb kann es erforderlich sein, dass ein zusätzlicher Polierschritt durchgeführt wird, so dass eine geeignete Oberflächenglätte erhalten wird. In Schritt 510 wird die Oberfläche ebenfalls gereinigt, um Verunreinigungen und Öle zu entfernen. Das Reinigen kann durch Erwärmen und durch die Verwendung eines alkalischen Reinigers erfolgen. Die Oberfläche wird dann in Schritt 520 geätzt, um die Oberfläche aufzurauhen. Der Ätzprozess erzeugt feine Poren (Pits) an der Oberfläche des Aluminiumrohlings. Die feinen Poren erreichen eine Tiefe von etwa 5 μm bis etwa 100 μm, von etwa 20 μm bis etwa 80 μm oder von etwa 20 μm bis etwa 50 μm. In Schritt 530 wird die Oberfläche mit einer Säurelösung gereinigt, um Rückstände (Schmutz) aus dem Ätzprozess zu entfernen. Die Oberfläche wird dann anodisiert; dieser Schritt 540 ist ein Oxidationsprozess. Das Anodisieren der Oberfläche kann durchgeführt werden, indem der Rohling in Schwefelsäure mit einer Temperatur von etwa 25°C bis etwa 200°C eingetaucht wird, während ein Strom angelegt wird. Dabei wird eine Aluminiumoxidschicht mit einer Tiefe von etwa 5 μm bis etwa 100 μm, von etwa 20 μm bis etwa 80 μm oder von etwa 20 μm bis etwa 50 μm erzeugt. In dem Säurebad entwickeln sich Poren, die eine Grundlage für die nachfolgende Versiegelung bilden. Die oberflächliche Anzahl an Poren liegt im Bereich von etwa 250 Milliarden bis etwa 500 Milliarden pro Quadratinch. Die Poren, die im Anodisierungsschritt 540 erhalten werden, sind, verglichen mit denen, die im Ätzschritt 520 erhalten werden, sehr klein und bilden deshalb eine gute Grundlage für die Versiegelung. In Schritt 550 werden die Poren mit einem Versiegelungsmittel imprägniert. Das Versiegelungsmittel ist eine Fluor-enthaltende Verbindung. Beispiele für geeignete Versiegelungsmittel umfassen Nickelfluorid und Polytetrafluorethylen. Nach dem Anodisierungsprozess dringt das Versiegelungsmittel in die Poren der abgekühlten Aluminiumoberfläche ein. Nach der Versiegelung wird die Aluminiumröhre in Schritt 560 endbearbeitet oder poliert, bis die gewünschte Oberflächenrauhigkeit von etwa 5 Mikroinch bis etwa 35 Mikroinch erreicht ist. Die Dicke der Aluminiumoxidschicht mit dem imprägnierten Fluorid-Versiegelungsmittel liegt im Bereich von etwa 5 μm bis etwa 100 μm, im Bereich von etwa 20 μm bis etwa 80 μm oder im Bereich von etwa 20 μm bis etwa 50 μm.
Die Aufschmelzwalze mit einer Oberflächenschicht aus Aluminiumoxid, das durch anodische Oxidation erhalten wurde und das mit einem Versiegelungsmittel imprägniert wurde, kann bei Temperaturen von etwa 110°C bis etwa 150°C, bei Temperaturen von etwa 115°C bis etwa 140°C oder bei Temperaturen von etwa 120°C bis etwa 130°C betrieben werden. Das führt dazu, dass, verglichen mit der Aufschmelzwalze, die in der 2 gezeigt ist, der Energieverbrauch und der Verschleiß der Teile reduziert werden. Der Druck im Schmelzbereich der Aufschmelzvorrichtung 19 zwischen der Aufschmelzwalze 20 und der Druckwalze 21 (siehe 1) liegt im Bereich von etwa 200 psi bis etwa 800 psi. Die erfindungsgemäße Aufschmelzwalze hat eine Oberflächenrauhigkeit (Ra) von weniger als etwa 600 nm, von weniger als etwa 500 nm oder von weniger als etwa 300 nm. Die Oberflächenschicht hat einen spezifischen Oberflächenwiderstand von weniger als etwa 10¹⁴ Ohm/Flächenquadrat, von weniger als etwa 10¹⁰ Ohm/Flächenquadrat oder von weniger als etwa 10⁸ Ohm/Flächenquadrat.
Der zuvor beschriebene Prozess wird derzeit von Firmen wie Pioneer Metals und Altefco bereitgestellt.
Auf der Oberflächenschicht kann ein Öl aufgebracht werden. Das Öl kann ein Silikonöl sein und kann ein Gemisch aus einer Silikonölverbindung mit funktionellen Mercaptogruppen, beispielsweise in einem Anteil von etwa 0,1 bis etwa 30 Gewichtsprozent, und einem zweiten Öl, das keine Verbindung mit funktionellen Mercaptogruppen enthält, wie zum Beispiel ein Polydimethylsilikonöl, beispielsweise in einem Anteil von etwa 99,9 bis etwa 70 Gewichtsprozent, umfassen. Die zweite Polydimethylsilikonölverbindung kann aus bekannten nicht-funktionellen Silikonölen ausgewählt werden, wie zum Beispiel Aminosiloxanen, Phenylmethylsiloxan, Trifluorpropylsiloxanen und nicht-funktionellen Silikonölen oder Polydimethylsiloxanöl. Die funktionellen Öle werden genauer im U.S. Patent Nr. 5395725 beschrieben, dessen Inhalt Teil dieser Anmeldung ist.
Ein anderer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen imprägnierten Aluminiumoxidbeschichtung besteht darin, dass sie sehr hart und kratzbeständig ist. Mit der erfindungsgemäßen Aufschmelzwalze können typischerweise 4 Millionen Ausdrucke hergestellt werden. Die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Aufschmelzwalze kann länger als die Lebensdauer einer elektrofotografischen Maschine sein.
Wie zuvor beschrieben wurde, hat die erfindungsgemäße Aufschmelzwalze eine oberflächliche Aluminiumoxidschicht, die durch anodische Oxidation erzeugt wurde und die mit einem Versiegelungsmittel imprägniert wurde, was dazu führt, dass die Aufschmelzwalze eine höhere thermische Leitfähigkeit hat und deshalb bei einer niedrigeren Temperatur betrieben werden kann. Wenn die erfindungsgemäße Aufschmelzwalze mit einer oberflächlichen Aluminiumoxidschicht, die durch anodische Oxidation erzeugt wurde und die mit einem Versiegelungsmittel imprägniert wurde, verwendet wird, kann die Betriebstemperatur, verglichen mit herkömmlichen Aufschmelzwalzen, um etwa 70°C verringert werden. Diese Verringerung führt dazu, dass weniger fehlerhafte Ausdrucke erzeugt werden und der Energieverbrauch verringert wird.
Die Verringerung der Aufschmelztemperatur ermöglicht ebenfalls die Verwendung neuer Materialien, wie zum Beispiel Polyurethan, für die Herstellung von Druckwalzen. Folglich können Druckwalzen, die eine lange Lebensdauer haben, kostengünstig hergestellt werden.
Beispiele

Es wurden Aufschmelzwalzen zum Aufschmelzen unter Einwirkung von Wärme und Druck mit einer oberflächlichen Aluminiumoxidschicht, die durch anodische Oxidation erzeugt worden war und die mit einem Fluor-enthaltenden Versiegelungsmittel imprägniert worden war, hergestellt und getestet. Die Aufschmelzwalzen wurden von Webex Inc., Neenah, WI wie zuvor beschrieben oberflächenbehandelt und mit Teflon imprägniert. Die Eigenschaften der getesteten Walzen sind in der Tabelle 1 zusammengefasst. Die Aufschmelzwalzen mit einer anodisierten Aluminiumoberfläche mit Poren, die mit einem Polytetrafluorethylen imprägniert worden waren, hatten die gleiche Leistungsfähigkeit wie mit Teflon beschichtete Walzen mit einer Silikon-Dämpfungsschicht. Es konnte keine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit festgestellt werden. Tabelle 1

Aufschmelzwalze (mit Al₂O₃ beschichtet)	Beschichtung	Ra (nm)	Ω/☐ Oberfläche @400 V	Ω/☐ Oberfläche @1 kV	Ω zum Kern @300 V
A1	(PTFE), 6 μm	285	1,22E+09	2,42E+08	5,14E+08
B1	(PTFE), 6 μm	232	2,96E+09	5,87E+08	1,12E+09
B2	(PTFE), 6 μm	248	3,21E+09	1,77E+08	1,75E+08

Die Walzen A1, B1 und B2 führten zu guten Aufschmelzergebnissen, ohne dass ein Toner-Offset beobachtet wurde. Unter Verwendung einer Aufschmelzwalze mit einer Oberflächenrauhigkeit (Ra) von weniger als 600 nm wurden akzeptable Ergebnisse erzielt, und die Ergebnisse wurden besser, wenn die Oberflächenrauhigkeit (Ra) weniger als 300 nm betrug. Die Leistungsfähigkeit der Walzen hängt nicht so stark von dem spezifischen Oberflächenwiderstand der Walzen ab, vorausgesetzt, dass der spezifische Oberflächenwiderstand in der richtigen Größenordnung liegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5395725 [0024]

Claims

Aufschmelzelement mit einer Oberflächenschicht, die Aluminiumoxid umfasst, das durch anodische Oxidation erzeugt wurde und das Poren enthält, wobei die Poren mit einem Fluor-enthaltenden Versiegelungsmittel imprägniert wurden.
Aufschmelzelement nach Anspruch 1, wobei das Fluor-enthaltende Versiegelungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Nickelfluorid und Polytetrafluorethylen.
Aufschmelzelement nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend ein Öl mit einer funktionellen Silikonverbindung, das auf der Oberflächenschicht aufgebracht ist.
Aufschmelzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die oberflächliche Anzahl an Poren im Bereich von etwa 250 Milliarden bis etwa 500 Milliarden pro Quadratinch liegt.
Verfahren zum Herstellen eines Aufschmelzelementes, umfassend die folgenden Schritte: das Bereitstellen eines Substrats mit einer äußeren Aluminiumoberfläche; das anodische Oxidieren der äußeren Aluminiumoberfläche, um eine Oberflächenschicht aus Aluminiumoxid zu bilden, die Poren enthält; und das Imprägnieren der Poren mit einem Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Nickelfluorid und Polytetrafluorethylen.
Verfahren nach Anspruch 5, weiterhin umfassend das Ätzen der äußeren Aluminiumoberfläche und das Reinigen der geätzten Oberfläche, bevor das anodische Oxidieren durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Ätzen der äußeren Aluminiumoberfläche feine Poren mit einer Tiefe von etwa 5 μm bis etwa 100 μm erzeugt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das anodische Oxidieren der Oberfläche das Eintauchen des Substrats mit einer Aluminiumoberfläche in Schwefelsäure und das Anlegen einer Gleichspannung (DC) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die oberflächliche Anzahl an Poren im Bereich von etwa 250 Milliarden bis etwa 500 Milliarden pro Quadratinch liegt.
Apparatur zum Erzeugen eines Bildes auf einem Aufzeichnungsmedium, umfassend: einen Bestandteil mit einer Oberfläche, die aufgeladen werden kann und auf der ein latentes elektrostatisches Bild erzeugt werden kann; eine Entwicklungsvorrichtung, mit der ein Toner auf die aufladbare Oberfläche aufgebracht wird, um das latente elektrostatische Bild zu entwickeln und um ein entwickeltes Bild auf der aufladbaren Oberfläche zu erzeugen; eine Übertragungsvorrichtung, mit der das entwickelte Bild von der aufladbaren Oberfläche auf ein Bildempfangsmaterial übertragen wird; und ein Aufschmelzelement, mit dem das Tonerbild auf die Oberfläche des Bildempfangsmaterials aufgeschmolzen wird, wobei das Aufschmelzelement eine Oberflächenschicht umfasst, die Aluminiumoxid enthält, das durch anodische Oxidation erzeugt wurde und das mit einem Versiegelungsmittel imprägniert wurde, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Nickelfluorid und Polytetrafluorethylen.