DE10328857B3

DE10328857B3 - Hülse zum Transport eines Tonergemischs und Verfahren zum Herstellen einer solchen Hülse

Info

Publication number: DE10328857B3
Application number: DE10328857A
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl.-Ing. Zehentbauer (FH); Herbert Heimpoldinger; Thomas Dipl.-Ing. Schwarz-Kock (Fh)
Original assignee: Oce Printing Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Canon Production Printing Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2023-06-27
Also published as: US20060216070A1; WO2004114026A1

Abstract

Beschrieben wird eine Hülse (10) zum Transport eines Tonergemischs an ihrer äußeren Oberfläche in einer Entwicklungsvorrichtung. Die Wand der Hülse (10) besteht aus Aluminium. Die Außenfläche der Hülse (10) trägt eine Schicht aus Nickel-Kupfer. Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen der Hülse beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hülse zum Transport eines Tonergemischs an ihrer äußeren Oberfläche in einer Toner-Entwicklungsvorrichtung, wobei die Wand der Hülse im wesentlichen aus einem elektrisch leitenden Material besteht. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Hülse.

Bei elektrografischen Druckern oder Kopierern werden Bildentwicklungsverfahren benutzt, die elektrostatische Ladungsbilder auf Oberflächen, vorzugsweise auf Fotoleiteroberflächen, über einen Luftspalt oder in direktem Kontakt mit triboelektrisch geladenem Toner entwickeln. Der Toner ist häufig als Zweikomponentengemisch aus Tonerteilchen und ferromagnetischen Trägerteilchen ausgeführt. Dieses Zweikomponentengemisch wird mit Hilfe einer Hülse an ihrer Oberfläche transportiert, wobei diese Hülse in ihrem Inneren Magnete enthält, deren Magnetfeld an der Oberfläche der Hülse mit Hilfe der ferromagnetischen Trägerteilchen eine Magnetbürste ausbildet, die die Tonerteilchen mit transportiert.

Aus der DE-A-2846430 ist eine Hülse für eine Tonerentwicklungsvorrichtung beschrieben, auf deren Oberfläche ein Zweikomponentengemisch transportiert wird. In diesem Dokument wird als Nachteil angesehen, daß herkömliche Hülsen Aluminium als Material verwenden, in welchem aufgrund des variierenden Magnetfeldes Wirbelströme erzeugt werden, die eine Erwärmung des Tonermaterials und dessen Aufweichen bewirken. Daher wird dort vorgeschlagen, ein Material mit hohem elektrischen Widerstand zu verwenden, um den Wirbelstromeffekt zu verringern. Demgemäß wird die Hülse aus einer Kupfer-Nickel-Legierung gefertigt und die Mantel fläche der Hülse wird mit achsenparallelen Rillen versehen.

Weiterhin werden Hülsen zum Transport eines Tonergemischs auch in Reinigungsvorrichtungen innerhalb einer Entwicklungsvorrichtung verwendet. Die DE-A-10152892 gibt hierzu ein Beispiel.

In der Praxis wird als Hülsenmaterial gewöhnlich Aluminium verwendet. Aluminium hat allerdings den Nachteil, daß es ein relativ weicher Wirkstoff ist, dessen Oberfläche sich im Laufe der Zeit im Druckbetrieb abnutzt. Dadurch kann es zu Qualitätseinbußen im Druckbild kommen. Um die Oberfläche der Hülse mit einem härteren Material zu versehen, wurde vorgeschlagen, die Aluminiumhülse an ihrer Oberfläche mit einer Nickelschicht zu versehen. Dies hat zwar den gewünschten Effekt im Hinblick auf die Härte, allerdings wird hierdurch der elektrische Widerstand der gesamten Hülse verändert, was zu einer negativen Beeinflußung der elektromagnetischen Eigenschaften an der Oberfläche der Hülse führt.

Ein weiteres Problem bei Transport-Hülsen für Toner ist die Oxidation an der Transportoberfläche. Bei Aluminiumhülsen kann sich an der Oberfläche Aluminiumoxid ausbilden. Die Oxidschicht verändert ebenfalls die Eigenschaften des Hülsenmaterials, beispielsweise den elektrischen Widerstand, und somit die elektromagnetischen Parameter an der Verbindungsstelle von Hülse und Fotoleitertrommel.

Aus JP 03-041485 A mit englischem Abstract aus PAJ ist eine Hülse zum Transport eines Tonergemisches nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Die äußere Schicht der Hülse besteht aus Cr, Cr-Cu, Ni-Cr, Cu-Ni-Cr, etc.

Aus der US 6,201,942 B1 ist weiterhin eine Hülse zum Transport eines Tonergemisches sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Hülse bekannt. Hierbei wird die Metallhülse chemisch vorbehandelt und es erfolgt danach eine chemische Abscheidung, bei der eine Nickel-Phosphor-Schicht erzeugt wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Hülse zum Transport eines Tonergemischs und ein Verfahren zum Herstellen der Hülse anzugeben, wobei für die Funktion wichtige elektromagnetische und mechanische Eigenschaften erzielt werden.

Diese Aufgabe wird für eine Hülse eingangs genannter Art dadurch gelöst, daß die Außenfläche der Hülse eine Schicht aus Nickel-Kupfer erhält. Diese Legierungsschicht hat einerseits die erforderliche Härte und damit einen geringen Abrieb, wodurch sich eine hohe Einsatzdauer ergibt. Andererseits hat eine solche Schicht eine hohe elektrische Leitfähigkeit, wodurch sich günstige elektromagnetische Eigenschaften ergeben. Der elektrische Widerstand dieser Schicht kann durch Einstellung des Legierungsverhältnisses optimiert werden. Eine derartige Legierungsschicht ist nur gering oder überhaupt nicht magnetisierbar, so daß ein nachteiliger Restmagnetismus vermieden wird. Die Kombination von hoher elektrischer Leitfähigkeit und großer Härte führt dazu, daß bisherige Aluminiumhülsen gegen die erfindungsgemäße Hülse ausgetauscht werden können, ohne daß elektromagnetische oder mechanische Parameter in einem großen Umfang geändert werden. Eine Oxidation der Oberfläche wird durch die Legierungsschicht vermieden.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden auf die in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele Bezug genommen, die anhand spezifischer Terminologie beschrieben sind. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß der Schutzumfang der Erfindung dadurch nicht eingeschränkt werden soll, da derartige Veränderungen und weitere Modifizierungen an den gezeigten Vorrichtungen und/oder den Verfahren sowie derartige weitere Anwendungen der Erfindung, wie sie darin aufgezeigt sind, als übliches derzeitiges oder künftiges Fachwissen eines zuständigen Fachmannes angesehen werden.

Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, nämlich
1 eine hohle zylindrische Hülse zum Transport von Toner,
2 und 3 Verfahrenschritte zum Herstellen der Oberflächenschicht für die Hülse aus Aluminium.
1 zeigt eine zylindrische Hülse 10 mit einem Oberflächenausschnitt A. Eine solche Hülse 10 kann zum Beispiel eine Länge L von 500 mm, einen Außendurchmesser d von 60,5 mm und einen Innendurchmesser von 56 mm haben. Die Oberfläche kann wie im Oberflächenausschnitt A gezeigt ist eine Rillenstruktur haben mit den Parametern a = 0,45 ± 0,05 mm, b = 0,62 ± 0,05 mm und c = 0,5 ± 0,2 mm. Mit Hilfe dieser Rillenstruktur wird das Transportverhalten der Oberfläche der Hülse 10 verbessert.
Die Hülse 10 besteht vorzugsweise aus Aluminium und trägt an ihrer Außenfläche eine Schicht aus Nickel-Kupfer der Dicke im Bereich von 15 bis 25 μm. Diese Schicht wird durch chemische Abscheidung erzeugt, wobei eine chemische Nickel-Kupfer-Phosphor-Abscheidung erfolgt. Typischerweise enthält die Schicht 1 bis 2 % Kupfer und 8 bis 10 % Phosphor, wobei der Rest Nickel-Abscheidung ist.
2 und 3 zeigen anhand eines Ablaufsdiagramms die chemische Oberflächenbehandlung zum Erzeugen der Hülse mit der Nickel-Kupfer-Schicht. Zunächst wird die Aluminiumhülse in alkalischer Lösung entfettet (Schritt 20). Danach erfolgt ein Spülschritt 22. Im nachfolgenden Schritt 24 erfolgt ein Beizen in NaOH 30 %. Danach erfolgt ein Spülschritt (Schritt 26).
Im Schritt 28 erfolgt ein Klären in HNO₃, d. h. ein Beizen in Salpetersäure 1:1 nach dem alkalischen Beizen. Weil nach dem alkalischen Beizen sich je nach Materialzusammensetzung brauner bis schwarzer Beizschlamm auf der Oberfläche bildet, wird anschließend in Salpetersäure geklärt, um die Bildung von AlO₃ zu verhindern. Danach erfolgt wiederum ein Spülschritt 30. Im Schritt 32 wird in einer Zinkat-Beize eine elektrische Leitschicht aufgetragen. Mit Hilfe dieser Leitschicht wird auch die Oxidschicht auf dem Aluminium-Werkstoff neutralisiert. Anschließend erfolgt ein Spülschritt 34.
3 zeigt den nachfolgenden Spülschritt 36 mit VE-Wasser, d. h. vollentsalztes Wasser, dem in einem Ionenaustauscher sämtliche Mineralien entzogen wurden. Im nachfolgenden Schritt 38 wird die Oberfläche chemisch vorvernickelt. Im nachfolgenden Schritt 40 erfolgt ein Sparspülen. Beim Sparspülen erfolgt ein Spülen in einem Behälter ohne Wasserzufuhr, wodurch die Konzentration in der Spüle steigt. Der Inhalt der Spüle kann dann in das chemische Nickelbad zurückgeführt oder sonst verarbeitet werden. Verschleppungsverluste werden so verringert. Anschließend erfolgt im Schritt 42 Spülen in VE-Wasser.
Im nachfolgenden Schritt 44 erfolgt der chemische Abscheidungsprozess mit der Nickel-Kupfer-Phosphor-Abscheidung, der eine Abscheidung von 1 bis 2 % Kupfer, 8 bis 10 % Phosphor und Rest im Wesentlichen Nickel-Abscheidung umfasst. Im nachfolgenden Schritt 46 erfolgt Spülen in VE-Wasser. Danach erfolgt im Schritt 48 ein Wässern in 60°C heißen Wasser, wobei die vernickelten Teile 2 – 3 Minuten in VE-Wasser vor dem Trocknen verbleiben. Im abschließenden Schritt 50 wird die so gefertigte Hülse in Warmluft getrocknet.
Im Folgenden wird ein Beispiel für einen Badansatz zur Nickel-Kupfer-Phosphor-Abscheidung im Schritt 44 wiedergegeben, wobei die Zusammensetzung in g/l angegeben ist:
Nickelsulfat 30 g/l,
Kupfersulfat 0,6 – 1,5 g/l
Natriumhypophosphit 15 g/l
Natriumcitrat 50 g/l
Ammomiumchlorid 40 g/l
pH-Wert 9,0
Temperatur (°C) 75
Die so gefertigte Hülse kann als Transporthülse zum Transport eines Zweikomponenten-Tonergemischs in Entwicklungsvorrichtungen verwendet werden. Der Transport von Toner kann zwischen Walzen oder auch in Form eines Applikatorelements in unmittelbarer Nähe zu einer Fotoleiteroberfläche erfolgen. Weiterhin kann eine solche Hülse als Reinigungsvorrichtung eingesetzt werden.
Obgleich in den Zeichnungen und in der vorhergehenden Beschreibung bevorzugte Ausführungsbeispiele aufgezeigt und detailliert beschrieben sind, sollte dies als rein beispielhaft und die Erfindung nicht einschränkend angesehen werden. Es wird darauf hingewiesen, daß nur die bevorzugten Ausführungsbeispiele dargestellt und beschrieben sind und sämtliche Veränderungen und Modifizierungen, die derzeit und künftig im Schutzumfang der Erfindung liegen, geschützt werden sollen.

10: Hülse
L: Länge
d: Außendurchmesser
A: Oberflächenausschnitt
a, b, c: Rillenparameter
20 bis 50: Verfahrensschritte

Claims

Hülse (10) zum Transport eines Tonergemischs an ihrer äußeren Oberfläche in einer Entwicklungsvorrichtung, wobei die Wand der Hülse (10) im wesentlichen aus einem elektrisch leitenden Material besteht und die Außenfläche der Hülse (10) eine Schicht aus Nickel-Kupfer trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht 1 bis 2 % Kupfer und 8 bis 10 % Phosphor enthält.
Hülse nach Anspruch 1, bei der die. Schicht durch chemische Abscheidung erzeugt ist.
Hülse nach Anspruch 2, bei der als chemischer Abscheidungsprozess eine chemische Nickel-Kupfer-Phosphor-Abscheidung erfolgt.
Hülse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Dicke der Schicht im Bereich von 15 – 25 μm liegt.
Hülse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Wand der Hülse (10) im wesentlichen aus Aluminium besteht.
Hülse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Tonergemisch ein Zwei-Komponenten-Gemisch ist, welches ferromagnetische Trägerteilchen und Tonerteilchen umfasst.
Verfahren zum Herstellen einer Hülse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Metallhülse (10) chemisch vorbehandelt wird, und danach eine chemische Abscheidung erfolgt, bei der eine Nickel-Kupfer-Phosphor-Schicht erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der chemischen Abscheidung eine Schicht erzeugt wird, die 1 bis 2% Kupfer, 8 bis 10% Phosphor und der Rest im wesentlichen Nickel umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem als Hülse (10) eine Aluminiumhülse verwendet wird, auf die nach der chemischen Vorbehandlung eine Leitschicht in einer Zinkatbeize aufgetragen wird, daraufhin eine chemische Vorvernickelung erfolgt, und danach die chemische Nickel-Kupfer-Phosphor-Abscheidung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 oder 8, bei dem zur chemischen Nickel-Kupfer-Phosphor-Abscheidung ein chemisches Bad verwendet wird, welches umfasst: Nickelsulfat 30 g/l, Kupfersulfat 0,6 bis 1,5 g/l, Natriumhyperphosphit 15 g/l, Natriumcitrat 50 g/l, Ammoniumchlorid 40 g/l.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Bad einen ph-Wert von 9 und eine Temperatur von 75°C hat.