DE60015010T2

DE60015010T2 - Beschichtete Aufladerolle

Info

Publication number: DE60015010T2
Application number: DE2000615010
Authority: DE
Inventors: Kermit Arnold Meece; Christopher David Strack; Troy Dustin Smith Tomson
Original assignee: Lexmark International Inc
Current assignee: Lexmark International Inc
Priority date: 1999-05-25
Filing date: 2000-03-20
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2020-03-21
Also published as: EP1055973B1; US6238759B1; EP1055973A2; EP1055973A3; DE60015010D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft das Gebiet der elektrophotographischen Abbildung und insbesondere eine verbesserte Walze zur Kontaktaufladung, die üblicherweise als Ladewalze bezeichnet wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ladewalzen reduzieren die Erzeugung von Ozon auf ein Minimum, da sie mit der aufzuladenden Oberfläche in Kontakt kommen. Ladewalzen besitzen normalerweise eine äußere Schicht, die sich vom Walzenkörper unterscheidet, um Ladung an der äußeren Schicht zu konzentrieren, um den Körper vor einem Verschleiß während der Verwendung zu schützen und, falls notwendig, um eine chemische Wechselwirkung zwischen dem Ladewalzenkörper und der lichtempfindlichen Oberfläche, die aufgeladen wird, zu verhindern.
Eine typische Beschichtung solcher existierender Ladewalzen ist Nylon, dessen Auftrag ein teurer Schritt ist, bei dem Lösungsmittel eingesetzt werden, die aufgefangen werden müssen, damit sie nicht in die Umwelt gelangen.
Bekannte Ladewalzen des Stands der Technik, wie z.B. diejenigen, die in dem US-Patent Nr. 5 637 391 von Claflin beschrieben sind, das auf die gleichen Rechtsnachfolger übertragen wurde wie diese Anmeldung, verwenden eine preiswerte Schicht aus Acrylpulver auf der äußeren Oberfläche des Körpers einer Ladewalze. Diese wird aufgetragen, indem einfach die Walze mit einer ausreichenden Menge des Pulvers in Kontakt gebracht und der Überschuß entfernt wird, was insgesamt wesentlich geringere Kosten verursacht als eine normale Tauchbeschichtung oder dergleichen.
Mit zunehmender Geschwindigkeit des Druckvorgangs liefern solche acrylbeschichteten Ladewalzen, wenn sie gebrannt sind, gegen Ende ihrer Lebensdauer (300000 Ausdrucke) keine ausreichende Aufladung mehr. Ein Grund ist, daß die erhöhte Geschwindigkeit der Maschine zu einer verringerten Kontaktzeit zwischen der Ladewalze und der Photoleitertrommel führt. Ein weiterer Grund ist, daß die Verunreinigung auf der Walze, die das Aufladen beeinträchtigt, mit zunehmender Betriebsdauer zunimmt. Auch kann die in Hochgeschwindigkeitsdruckern verwendete Kombination aus einer neuen gebrannten acrylbeschichteten Ladewalze mit einem bei tieferer Temperatur schmelzenden Toner zu einer etwas zu hohen Aufladung zu Beginn der Ladewalzenlebensdauer führen. Dies führt zu unannehmbaren Hintergrundwerten bei den Ausdrucken zu Beginn der Lebensdauer.
Entsprechend den zu dieser Erfindung führenden Beobachtungen wurde entdeckt, daß ein zur Befestigung des Acrylpulvers angewandtes Brennverfahren starke Abnahmen der effektiven Lebensdauer der Ladungswalze zur Folge hatte, wenn diese in einem Hochgeschwindigkeitsdrucker verwendet wurden. Der Verzicht auf das Brennen ist eine in dem oben genannten Patent Nr. 5 637 391 offenbarte Alternative. Wenn das Acrylpulver nicht auf die Ladewalze gebrannt wird, erhöht sich die Lebensdauer der Ladewalze bei der Verwendung in Kombination mit einem Ladewalzenabstreifer von etwa 100000–120000 Ausdrucke auf etwa 300000 Ausdrucke. Dies löst wirksam die mit Ladewalzen gegen Ende der Lebensdauer verbundenen Probleme. Obwohl auf diese Weise (ohne Brennen) erzeugte Ladewalzen in der Lage sind, während der gesamten Lebensdauer annehmbare Aufladewerte (höher als 880V) aufrechtzuerhalten, bleibt das Problem der zu hohen Aufladung im frühen Stadium der Lebensdauer bestehen. Die nichtgebrannte Ladewalze reagiert auch empfindlicher auf eine Berührung, was zu einer Zuname von Druckfehlern durch Störungen der Pulverschicht führt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Ladewalzen aus elastischem organischem Material, wie z.B. Hydrinkautschuk oder Urethankautschuk, werden in teilchenförmiges Siliciumcarbid (SiC) mit einem Durchmesser von 0,2–2,0 Mikrometer getaucht und gerührt oder gerollt, bis sie vollständig beschichtet sind. (Nur die Längsabmessung muß beschichtet sein, da dies die Oberfläche ist, welche mit einem Photoleiter in Kontakt kommt und die Aufladung bewirkt.) Die Walzen werden anschließend abgewischt und dann mit Luft abgeblasen, um überschüssiges Pulver zu entfernen.
Die Ladewalzen können auch durch elektrostatisches Besprühen mit Siliciumcarbidpulver beschichtet werden, was eine Automatisierung der Beschichtung ermöglicht. Das überschüssige Pulver wird mit Luft abgeblasen und recycelt. Die Siliciumcarbidmenge wird für die optimale Aufladefunktion zwischen 0,1 mg/cm² und 0,22 mg/cm² gehalten.
Diese fertigen Walzen besitzen eine dünne gleichmäßige Schicht aus losem SiC-Pulver, das ihre gesamte äußere Oberfläche bedeckt. Das Pulver kann dann durch Berührung oder andere physikalische Kontakte durcheinandergebracht werden, jedoch entstehen dadurch normalerweise keine Druckfehler, offenbar weil das SiC dazu neigt, die Ladung sehr gleichmäßig zu verteilen. Die Ladewalze ist während der gesamten Lebensdauer von 300000 Ausdrucken beständig gegen Beschädigungen und lädt sich gleichmäßig auf.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Ladewalze vor der Pulverbeschichtung ist der Ladewalzenkern, bevor er mit einer durchgehenden äußeren Schicht beschichtet wird. Diese Walze ist zylindrisch und besitzt normalerweise eine Stahlachse zur Halterung und für die elektrische Leitfähigkeit und einen mittigen Körper aus natürlich leitfähigem Hydrinkautschuk oder einen mittigen Körper aus leitendem ionenhaltigem Urethankautschuk. Die Leitfähigkeit des Körpers kann, in Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung, mäßig leitend oder halbleitend sein. Dies wird als der Ladewalzenkern bezeichnet. Wie üblich, bildet die längslaufende äußere Oberfläche mit einer photoleitenden Oberfläche einen Spalt, der die Aufladung bewirkt.
Gemäß dieser Erfindung wird jeder Ladewalzenkern in einem Überschuß an Siliciumcarbidpulver gerollt. Die Teilchengröße des SiC beträgt 0,2–2,0 Mikrometer im Durchmesser. Bei einer speziellen Ausführungsform ist das Siliciumcarbid HSC059 von Superior Graphite Co. Dieses Siliciumcarbid hat einen mittleren Durchmesser von 0,6 Mikrometer, wobei 10% der Teilchen kleiner als 0,25 Mikrometer sind und 90% der Teilchen kleiner als 1,3 Mikrometer sind und keine Teilchen größer als 2 Mikrometer sind.
Detaillierte Beschichtungsverfahren
Reinigungsverfahren (manuell)

a) Der Arbeiter trägt Vinylhandschuhe oder etwas gleichwertiges, wenn er diese Verfahrensschritte durchführt.
b) Die Walzen werden mit Wasser gewaschen, um auf der Oberfläche der Walze angesammelten Abrieb und Schleifstaub zu entfernen. Die Walzen können luftgetrocknet, mit einer Luftpistole getrocknet, mit einem flusenfreien feuchtigkeitsabsorbierenden Tuch getrocknet oder sogar bei bis zu 60°C 30 Minuten lang oder mit anderer Temperatur und Dauer in einem Ofen getrocknet werden, wenn es die Produkteigenschaft zuläßt. Beim Waschen kann Seife benutzt werden, wenn diese keinen Rückstand hinterläßt.
c) Ein alternatives geeignetes Reinigungsverfahren besteht darin, eine Walze mit einem zuvor in Isopropylalkohol (>70 Volumen-%) getränkten ALPHAWIPE-Polyestertuch (oder mit etwas bewährtem gleichwertigem) abzuwischen. Die Walzen sollten vor der Pulverbehandlung wenigstens 1 Stunde lang luftgetrocknet werden.
d) Um alle restlichen Verunreinigungen von den getrockneten Walzen zu entfernen, können bei beiden Reinigungsverfahren Verunreinigungen durch Auflegen und Wiederabheben eines Klebstreifens entfernt werden.

Auftrag der Pulverbeschichtung
Manuelles Beschichtungsverfahren

a) Der Arbeiter trägt Vinylhandschuhe oder etwas gleichwertiges, wenn er diese Verfahrensschritte durchführt.
b) Die Walze wird in einem ausreichenden Vorrat an Siliciumcarbidpulver gerollt, bis die Oberfläche vollständig bedeckt ist.
c) Die Walze wird gegen eine harte Oberfläche geklopft, um überschüssiges Pulver zu entfernen.
d) Ein Zeigefinger und ein Daumen werden um die Walze gelegt und so oft wie nötig die Walze entlang bewegt, um überschüssiges Pulver abzuwischen.
e) Trockene und gefilterte ionisierte Luft wird auf die Walze geblasen, um verbliebenes loses Pulver von der Walze zu entfernen, wobei besonders darauf geachtet wird, die mit Pulver versehene Oberfläche so wenig wie möglich zu berühren.
f) Die Walze wird untersucht, um sicherzustellen, daß keine Bereiche der Walzenoberfläche ohne Pulverbeschichtung sind. Die visuelle Untersuchung durch ein beleuchtetes Vergrößerungsglas enthüllt Fehler, wie z.B. das Nichtvorhandensein einer Beschichtung in einem Bereich größer als 1 mm², eine ungleichmäßige Beschichtung, eine Oberflächenverunreinigung und eine Achsenverunreinigung durch überschüssiges SiC-Pulver. Falls notwendig, werden die obigen Schritte wiederholt, um die Walze vollständig zu beschichten.
g) Die verwendungsfertige pulverförmige Walze wird beiseite gelegt.

Elektrostatisches Beschichtungsverfahren (Alternative zum obigen manuellen Beschichtungsverfahren)

a) Der Arbeiter trägt Vinylhandschuhe oder etwas gleichwertiges, wenn er diese Verfahrensschritte durchführt.
b) Die Walzen werden vertikal in ein Fördersystem gelegt, um die Walzen zu einer elektrostatischen Sprühkammer zu transportieren, wobei die Walze gedreht wird.
c) Die Werte für die Verfahrensgeschwindigkeit, den Luftdruck und den Pulverfluß werden so eingestellt, daß die sich drehenden Walzen an der vertikal schwingenden Sprühdüse vorbeilaufen, was einen gleichmäßigen Pulverauftrag ergibt. Eine Gema-MPS-1T-Sprüheinheit eignet sich als Sprühquelle.
d) Überschüssiges loses Pulver wird von den beschichteten Walzen entfernt, indem sie an einer stationären Luftrakeldüse (unter Verwendung von trockener filtrierter ionisierter Luft) vorbeilaufen, während die Walzen mit hoher Geschwindigkeit gedreht werden.
e) Während des Pulverauftrags wird die an die Walzenachse angelegte Spannung so eingestellt (üblicherweise 40–50 kV, je nach den Umgebungsbedingungen), daß ein bestimmtes erwünschtes Beschichtungsgewicht erhalten wird. Bei einer von jeweils 100 in einer Charge erzeugten Walzen wird durch Wiegen der Walze vor und nach der Beschichtung das Beschichtungsgewicht getestet.
f) Die pulverbeschichteten Walzen werden aus dem Endlos-Fördersystem entnommen, nachdem sie die Sprühkammer verlassen haben. Die Walzen werden untersucht, um sicherzustellen, daß keine Bereiche der Walzenoberfläche ohne Pulverbeschichtung sind. Die visuelle Untersuchung durch ein beleuchtetes Vergrößerungsglas enthüllt Fehler, wie z.B. das Nichtvorhandensein einer Beschichtung in einem Bereich größer als 1 mm², eine ungleichmäßige Beschichtung, eine Oberflächenverunreinigung und eine Achsenverunreinigung durch überschüssiges SiC-Pulver (wobei darauf geachtet wird, die mit Pulver versehene Oberfläche so wenig wie möglich anzufassen).
g) Die Walzen, welche die visuelle Überprüfung bestehen, sind verwendungsfertig.

Das Siliciumcarbidpulver ersetzt das früher verwendete Acrylpulver oder die früher verwendete Nylonbeschichtung. Eine Funktion dieser Pulverbeschichtung ist es, eine Schutzschicht zur Verfügung zu stellen, welche verhindert, daß Verunreinigungen an der Oberfläche anhaften. Diese Pulverbeschichtung besitzt eine zweite Funktion als Sperrschicht, die verhindert, daß der Urethan- oder Hydrinkern die Photoleitertrommeloberfläche zersetzt. Die dritte Funktion dieser Pulverbeschichtung ist es, eine elektrisch widerstandsfähige Schicht zwischen dem Ladewalzenkern und der Photoleiteroberfläche zu bilden, die eine übermäßige Aufladung und einen starken Hintergrund in den mit Toner versehenen Abbildungen zu Beginn der Walzenlebensdauer verhindert.
Diese fertigen Teile besitzen eine dünne gleichmäßige Schicht aus losem SiC-Pulver, welche ihre gesamte äußere Oberfläche bedeckt. Das Pulver kann durch Berührung oder anderen Kontakt verteilt werden, jedoch entstehen dadurch normalerweise keine Druckfehler, offenbar weil das SiC dazu neigt, die Ladung sehr gleichmäßig zu verteilen. Wie bei den früheren acrylbeschichteten Ladewalzen überziehen während des Betriebs in einem elektrophotographischen Drucker oder Kopierer Papierstaub und anderer Staub die Ladewalze, um eine Funktion ähnlich der ursprünglichen Beschichtung zu ergeben.
Der Betrieb dieser Ladewalze ist, wenn sie in Kombination mit einem Ladewalzenabstreifer verwendet wird, bei der ersten Verwendung und während der gesamten Lebensdauer von 300000 Ausdrucken so konstant, daß keine unterstützende Aufladung erforderlich ist und eine Bürste oder eine andere Ladevorrichtung, die mit einer Walzenaufladeeinrichtung verwendet wird, unnötig ist. Die beobachtete Druckqualität während der gesamten Lebensdauer von 300000 Ausdrucken ist hervorragend.

Claims

Ladewalze, umfassend einen mäßig elektrisch leitenden oder halbleitenden zylindrischen Kern mit einem Körper aus elastischem organischem Material, wobei die äußere längslaufende Oberfläche des genannten Kerns mit teilchenförmigem Siliciumcarbid beschichtet ist.
Ladewalze nach Anspruch 1, wobei das feste Siliciumcarbid eine Teilchengröße zwischen 0,2 und 2,0 Mikrometer im Durchmesser besitzt.
Ladewalze nach Anspruch 1, wobei das genannte organische. Material Urethankautschuk oder Hydrinkautschuk ist.
Ladewalze nach Anspruch 2, wobei das genannte organische Material Urethankautschuk oder Hydrinkautschuk ist.
Ladewalze nach Anspruch 2, wobei das genannte Siliciumcarbid eine mittlere Teilchengröße von etwa 0,6 Mikrometer besitzt und keine Teilchen größer als 2 Mikrometer sind.
Ladewalze nach Anspruch 3, wobei das genannte Siliciumcarbid eine mittlere Teilchengröße von etwa 0,6 Mikrometer besitzt und keine Teilchen größer als 2 Mikrometer sind.
Ladewalze nach Anspruch 6, wobei das genannte Siliciumcarbid etwa 10% Teilchen mit weniger als 0,25 Mikrometer und 90% Teilchen mit weniger als 1,3 Mikrometer besitzt.